JP2012016273A

JP2012016273A - 固定子バー

Info

Publication number: JP2012016273A
Application number: JP2011147551A
Authority: JP
Inventors: Bowman Thomas; トーマス・バウマン; Vezzoli Massimiliano; マッシミリアーノ・フェッツォーリ; Stoll Dieter; ディーター・シュトル; Haldeman John; ヨハン・ハルデマン
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2010-07-02
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2012-01-19
Also published as: US8952256B2; EP2403113A1; US20120001514A1; EP2403114A1

Abstract

【課題】
本発明は、織り合わされた複数のストランド（３）と、ほぼ四角形の導電要素（２）の周りに嵌合された電気絶縁体（４）とから構成された当該導電要素（２）を有する高電圧固定子バー（１）に関する。
【解決手段】
この課題は、前記電気絶縁体（４）の角部（５）の誘電率が前記導電要素（２）に面する内側絶縁領域（６）から外側絶縁領域（７）に向かって６０％未満だけ減少することによって解決される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動機、特に１００ＭＷより大きい出力及び１０ｋＶＡＣより大きい定格電圧の間接冷却発電機のような大型回転電気機械の固定子バーに関する。

固定子バーは、角胴形を有する導電要素（つまり、いわゆるグリーンバー）を画定する織り合わされた導電性の複数の銅ストランドを構成するもの（転位導体、扁平なＲｏｅｂｅｌバー）として知られている。

この固定子バーは一般に、樹脂で含浸されたマイカテープから成る絶縁体で被覆されている（絶縁されたＲｏｅｂｅｌバー）。

当該角胴形に起因して、４つの尖った角部が形成されている。これらの角部は、運転中に非常に高い電界ピークを発生させる；これらのピークは、固定子バーに印加され得る最大電圧を制限する。すなわち、これらのピークは、出力可能な電力を制限する。

電界ピークを低減するため、一般に０．５〜２．５ｍｍの半径が実現されるように、導電要素の角部を丸くすることが知られている。

当該半径が小さい場合、導電要素の角部を丸くすることの有益な効果は確かに高いものの、当該半径を大きくすると、この有益な効果は減少し、約２．５ｍｍの半径では、この有益な効果は、当該方法では事実上さらに向上され得ない。

固定子バーの角部の電界ピークを低減するため、国際特許出願公開第２００７／１３９，４９０号明細書は、絶縁体がより高い誘電率を固定子バーの角部で有するように、絶縁体誘電率を周囲方向に沿って変えることが開示されている。

当該誘電率は、円周方向に沿って調整されるだけであるので、国際特許出願公開第２００７／１３９，４９０号明細書に記載の絶縁体は、この絶縁体を構成する誘電体を効率よく使用しない。

さらに、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８１１３７０号明細書は、絶縁体誘電率を半径方向に沿って変えることを開示する。

当該絶縁体誘電率を参照すると、（導電要素に近い）角部の絶縁体誘電率と（半径方向に沿った）その他の場所の絶縁体誘電率との比
ε_{（ｃｏｒｎｅｒ）}／ε_{（ｅｌｓｗｅｒｅ）}
が、最適値より大きい場合、一様な誘電率（つまり、単一の誘電率値）を呈する絶縁体を有する（導電要素に近い）角部の電界より高い電界が、遷移部分で誘導されることをモデル計算が示した。

この場合、非常に高い電界が、当該絶縁体内に実際に存在するので、実際の改善が達成されないのが明らかである。

国際特許出願公開第２００７／１３９，４９０号明細書ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８１１３７０号明細書

本発明の課題は、従来の技術の上述の課題が解決される固定子バーを提供することにある。

この技術的な課題の範囲内では、本発明の側面は、（固定子バーの電気的に最もストレスのかかる領域がある）導電要素の角部の電界のピークが低減される固定子バーを提供することにある。

本発明のその他の側面は、高い誘電率の絶縁体が必要な場合にだけ使用されるように、誘電体が効率よく使用される固定子バーを提供することにある。

当該側面を伴うこの技術的な課題は、本発明により、特許請求の範囲に記載の固定子バーによって解決される。

本発明のさらなる特徴及び利点は、添付した図面の限定しない例によって示された、本発明の固定子バーの好適であるが限定されない実施の形態の説明からより明らかになる。

本発明の実施の形態における固定子バーを概略的に示す。２つの異なるマイカテープを有する本発明の実施の形態における固定子バーを示す。図２の固定子バーに対応する最大電界の方向に沿った誘電率の変化を示す。異なる量の誘電率粒子を含んでいる複数のマイカテープを有する本発明の実施の形態における固定子バーを示す。図４の固定子バーに対応する最大電界の方向に沿った誘電率の変化を示す。ラッピング中に変化するラッピング張力を呈するマイカテープを有する本発明の実施の形態における固定子バーを示す。図６の固定子バーに対応する最大電界の方向に沿った誘電率の変化を示す。導電要素又はグリーンバーの角部を示す。絶縁体は、この図では示されていない。

図面を参照した場合、これらの図面は、総括して符合１によって示された固定子バー（特に、高電圧固定子バー）を示す。

固定子バー１は、織り合わされた複数のストランド３（グリーンバー）と、ほぼ四角形の導電要素２の周りに嵌合されて当該固定子バーの主な絶縁を画定する電気絶縁体４とから構成された当該導電要素２を有する。

電気絶縁体４は、導電要素２に面する内側絶縁領域６から外側絶縁領域７に向かって減少する誘電率をその角部５に有する。

半径Ｒが、電界に影響するので、誘電率の変化は、角部５の半径Ｒにも依存する（図８参照）。

有益的には、角部５の半径Ｒが、３ｍｍ未満の場合、誘電率は、６０％未満だけ減少する。角部の半径Ｒが、１．５〜２．５ｍｍに形成されている場合、誘電率は、好ましくは３５〜４５％だけ減少する。

知られているように、誘電率が高いほど、誘電体内の電界は低い；したがって、固定子バー１の周りの電界は、角部５でより高く、特に導電要素２に近い角領域内でより高いので、全体の誘電率を低減させることなしに、したがって全体の電界を低減させることなしに、これらの導電要素２に近い角領域内だけの誘電率の増大が、電界ピークを低減させる；このことは、電力性能を向上させる。

内側絶縁領域６の誘電率と外側絶縁領域７の誘電率との選択された差が、異なる誘電率を有する当該誘電体間の遷移領域で電界を発生させる。この電界は、一般に制限されていて、特に絶縁体４がただ１つの誘電率値を有する場合の電界ピークより小さい。

しかしながら、誘電率の当該差が、上記の値の６０％を超えた場合、電界中のピークが、内側絶縁領域６から外側絶縁領域７にかけた遷移部分に発生しうる。このピークは、ただ１つの誘電率値を有する絶縁体４内の電界を越える。

一般に、絶縁体４は、樹脂で含浸されたマイカテープである。

以下で、本発明の幾つかの好適な実施の形態を説明する；さらなる実施の形態も可能であることは明らかである。

第１の実施の形態（図２）では、当該絶縁体は、導電要素２の周りに巻き付けられた第１マイカテープ４ａ及びこの第１マイカテープ４ａの周りに巻き付けられた第２マイカテープ４ｂから構成される。

この実施の形態では、第１マイカテープの誘電率ε_１は、第２マイカテープの誘電率ε_２より高い。

特に、第１マイカテープ４ａ及び第２マイカテープ４ｂは、異なる誘電率を有する異なる種類の雲母から成る。

例えば、第１マイカテープ４ａは、白雲母から成り、第２マイカテープ４ｂは、金雲母から成る。

図３は、絶縁体４の、（半径方向ｘである）最大電界の方向に沿った誘電率の変化を示す。

この実施の形態では、絶縁体４は、導電要素２に近い絶縁体４の領域６に第１誘電率ε_１を有する；当該絶縁体のこの部分は、第１マイカテープ４ａから構成される。

これに対して、絶縁体４の外側絶縁領域７は、第２マイカテープ４ｂから構成され且つより低い誘電率ε_２を有する。

誘電率の段差８が、当該誘電率値ε_１とε_２との間に画定されている。

第２の実施の形態（図４）では、異なる雲母の代わりに、導電要素２に近い内側絶縁領域６の第１マイカテープ４ａが、高い誘電率を呈する粒子９を有し、外側絶縁領域７の第２マイカテープ４ｂが、より少ない量の粒子９を有するか又は粒子９を有さない；図示された当該実施の形態では、第１マイカテープ４ａだけが、粒子９を有する。

例えば、これらの粒子９は、Ａｌ_２Ｏ_３の粒子である。

誘電率が、（半径方向ｘの最大電界の方向に沿った誘電率の変化を示す）図５中に示されたように変化する；図示されたように、誘電率が、絶縁体４を通じて一定ではないものの、当該誘電率は、徐々に減少する２つの領域を有し、これらの領域間に一種の段部８を有する。

第３の実施の形態（図６）では、絶縁体４を通じて同じでない誘電率が、マイカテープ１０の樹脂の含有量を変化させることによって実現される。

実際に、樹脂は、雲母より大幅に低い誘電率を有するので、雲母の量を低減すると、絶縁体の誘電率が増大する。

特に、導電要素２に近い内側絶縁領域６が、外側絶縁領域７の絶縁体より少ない樹脂含有量を有する。

樹脂の異なる含有量を実現するため、絶縁体４を構成するマイカテープ１０が、異なる巻付け張力によって巻き付けられる。

実際には、当該巻付け張力は、巻き付けの開始時により高く、その終了時により低い場合、内側絶縁領域６のマイカテープが、外側絶縁領域７の追従するマイカテープより強く圧縮される。当該圧縮は、外側絶縁領域７のマイカテープからより多い量の樹脂を内側絶縁領域６のマイカテープから押し出させる；したがって、内側絶縁領域６内の量よりも多い樹脂が、外側絶縁領域７内に保持される。

巻付け張力を最適に制御することによって、絶縁体内の誘電率が、１つ若しくはそれより多い段部を画定してもよいし又は少なくとも一部を連続して減少させてもよい（半径方向ｘの最大電界の方向に沿った誘電率の変化を示す図７参照）。

この代わりに、絶縁体の誘電率を変えるために樹脂の含有量を変えることは、異なる圧縮率を有する複数のマイカテープを使用して実現されてもよい。

さらに、樹脂の含有量を変えるため、したがって誘電率の変化を実現するため、巻き付けられていないものの、導電要素の角部に対して平行に整合されているマイカテープの複数のストリップ片が使用されてもよい。

当然に、説明した特徴は、互いに独立して提供されてもよい。

実際には、使用される材料及び寸法は、要求及び従来の技術に応じて任意に選択され得る。

１固定子バー
２導電要素
３ストランド
４絶縁体
４ａ第１マイカテープ
４ｂ第２マイカテープ
５角部
６内側絶縁領域
７外側絶縁領域
８段部
９高誘電率粒子
１０マイカテープ
ε，ε_１，ε_２誘電率
ｘ半径方向
Ｒ半径

Claims

織り合わされた複数のストランド（３）と、ほぼ四角形の導電要素（２）の周りに嵌合された電気絶縁体（４）とから構成された当該導電要素（２）を有する固定子バー（１）において、
前記電気絶縁体（４）の角部（５）の誘電率が、前記導電要素（２）に面する内側絶縁領域（６）から外側絶縁領域（７）に向かって６０％未満だけ減少し、前記角部（５）の半径が、３ｍｍ未満であることを特徴とする固定子バー（１）。
前記電気絶縁体の誘電率の減少率は、３５％と４５％との間の範囲にあり、前記角部（５）の半径は、１．５ｍｍと２．５ｍｍとの間にあることを特徴とする請求項１に記載の固定子バー（１）。
前記絶縁体は、樹脂で含浸されたマイカテープ（４ａ，４ｂ，１０）から成ることを特徴とする請求項２に記載の固定子バー（１）。
前記絶縁体（４）は、前記導電要素（２）の周りに巻き付けられた第１マイカテープ（４ａ）及びこの第１マイカテープ（４ａ）の周りに巻き付けられた第２マイカテープ（４ｂ）から構成され、前記第１マイカテープの誘電率は、前記第２マイカテープの誘電率より高いことを特徴とする請求項３に記載の固定子バー（１）。
前記第１マイカテープ（４ａ）及び前記第２マイカテープ（４ｂ）は、異なる誘電率を有する異なる雲母から成ることを特徴とする請求項４に記載の固定子バー（１）。
前記第１マイカテープ（４ａ）は、白雲母を含有し、前記第２マイカテープ（４ｂ）は、金雲母を含有することを特徴とする請求項５に記載の固定子バー（１）。
前記第１マイカテープ（４ａ）は、高い誘電率を呈する粒子（９）を有し、前記第２マイカテープ（４ｂ）は、より少ない量の高い誘電率を呈する粒子（９）を有するか又は当該粒子（９）を有さないことを特徴とする請求項４に記載の固定子バー（１）。
前記高い誘電率を呈する粒子（９）は、Ａｌ_２Ｏ_３の粒子であることを特徴とする請求項７に記載の固定子バー（１）。
前記内側絶縁領域（６）のマイカテープ（１０）は、前記外側絶縁領域（７）のマイカテープ（１０）より少ない樹脂含有量を有することを特徴とする請求項３に記載の固定子バー（１）。
樹脂の異なる含有量を実現するため、前記マイカテープ（１０）が、異なる巻付け張力によって巻き付けられ、当該巻付け張力は、巻き付けの開始時により高く、その終了時により低いことを特徴とする請求項９に記載の固定子バー（１）。
樹脂の異なる含有量を実現するため、異なる圧縮率を有する複数のマイカテープが使用されることを特徴とする請求項９に記載の固定子バー（１）。
樹脂の異なる含有量を実現するため、巻き付けられていないものの、前記導電要素（２）の前記角部（５）に対して平行に整合されているマイカテープの複数のストリップ片が使用されることを特徴とする請求項９に記載の固定子バー（１）。
前記誘電率は、少なくとも１つの段部（８）を画定することを特徴とする請求項１又は２に記載の固定子バー（１）。
前記誘電率の少なくとも一部が、半径方向に沿って連続して減少することを特徴とする請求項１又は２に記載の固定子バー（１）。