JP2013208044A

JP2013208044A - 回転電機およびその製造方法

Info

Publication number: JP2013208044A
Application number: JP2012078375A
Authority: JP
Inventors: Takashi Harakawa; 崇原川; Fumio Sawa; 史雄澤; Mikio Kakiuchi; 幹雄垣内; Masasane Sakuma; 将実佐久間; Akishi Suzuka; 曉志鈴鹿
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2013-10-07

Abstract

【課題】固定子コイル-鉄心間の熱抵抗を低減でき、かつ組立容易なプリプレグ方式の回転電機およびその製造方法を提供する。
【解決手段】固定子鉄心２には、２つの固定子コイル１（１ａ,１ｂ）と、固定子コイル１を固定するための波型半導電弾性積層板３と、楔４と、スペーサ５と、ライナ６と、弾性体７とが挿入されている。ライナ６の少なくとも一部に弾性体７が塗布された面が固定子鉄心２の内壁と接するように設置し、ライナ６の弾性体７が塗布されていない面と接しながら固定子コイル１をスロット内に挿入する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、回転電機およびその製造方法に関する。

従来の回転電機は、電磁振動や熱伸びによる固定子コイルのずれを緩和するために固定子コイル上部に半導電性積層板を設置して、固定子コイル側面に半導電性ライナを設置して、固定子コイルを鉄心スロット内に固定している。

スロット内鉄心表面の凹凸により、固定子コイルと鉄心表面との間に熱抵抗となる空隙が生成される。全含浸方式ではスロット内鉄心表面の凹部に樹脂が入り込み空隙がなくなる。プリプレグ方式では、ゴム弾性を有する半導電性ライナを設置することで、弾性体がスロット内鉄心表面の凹部に入り込み空隙をなくしている。

特開２００１−６９７０９公報特開２０１０−３５３４４公報

上述した回転電機では、組立時に固定子コイルとゴム弾性を有する半導電性ライナを一緒に鉄心スロット内に挿入するときには、弾性体が鉄心面で摩耗して損傷したり、弾性体が挿入し難かったりする。また、組立時に先にゴム弾性を有する半導電性ライナを鉄心スロット内に設置してから固定子コイルを挿入するときには、弾性体が固定子コイル面で摩耗して損傷したり、下部に押し下げられたりする。このように弾性体の設置が困難であるという課題がある。

本発明が解決しようとする課題は、固定子コイル-鉄心間の熱抵抗を低減でき、かつ組立容易なプリプレグ方式の回転電機およびその製造方法を提供することである。

実施形態の回転電機は、スロットが配置された固定子鉄心と、少なくとも一部に弾性体が塗布された面が前記固定子鉄心の内壁と接するように設置されたライナと、前記ライナの弾性体が塗布されていない面と接して設けられた固定子コイルとを備える。

また、実施形態の回転電機の製造方法は、ライナの少なくとも一部に弾性体が塗布された面が固定子鉄心の内壁と接するように設置し、前記ライナの弾性体が塗布されていない面と接しながら固定子コイルをスロット内に挿入する。

第１の実施形態の回転電機における固定子鉄心の１スロット断面を示す図。空隙がある場合を模擬した試験体の断面を示す図。空隙がない場合を模擬した試験体の断面を示す図。空隙がある場合および空隙がない場合の試験体の等価熱伝導率を求めた結果を示す図。第２の実施形態の回転電機における固定子鉄心の１スロット断面を示す図。第３の実施形態の回転電機における固定子鉄心の１スロット断面を示す図。第３の実施形態の回転電機におけるエンド部での固定子コイル同士の接続を示す図。第４の実施形態の回転電機における固定子鉄心の１スロット断面を示す図。第５の実施形態の回転電機における固定子鉄心の１スロット断面を示す図。

以下、実施形態の回転電機を図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の回転電機における固定子鉄心の１スロット断面を示す図である。

図１に示すように、固定子鉄心２に挿入されているのは、２つの固定子コイル１（１ａ, １ｂ）と、当該固定子コイル１を固定するための波型半導電弾性積層板３と、楔４と、スペーサ５と、ライナ６と、弾性体７とである。

固定子コイル１は、絶縁被覆された素線をレーベル転移して束ねた導体に、ガラス基材とマイカなどの絶縁材料をエポキシなどの接着剤で一体化したプリプレグマイカテープを所定数巻回し、その外側にガラス基材に半導電性ワニスを塗布した半導電テープを一回巻回した後、150℃で液圧モールドによって加熱硬化する。

ライナ６は、ガラス基材とカーボンをエポキシ樹脂で接着して積層して作製した表面抵抗10³〜10⁶ Ωの半導電積層板とする。

弾性体７は、当該ライナ６片面にWACKER社製シリコーン樹脂（Elastosil M4601）を塗布し硬化させる。

固定子コイル１挿入前に、弾性体７が塗布されたライナ６を固定子鉄心２のスロット内壁の片面に設置する。その際、弾性体７が塗布された面が固定子鉄心２と接するように設置する。なお、固定子鉄心２のスロット内壁の両面にライナ６を設置してもよい。固定子コイル１をライナ６側面をスライドさせるようにスロット内に挿入する。なお、スロット底とコイル上下間にはスペーサ５を挿入する。さらに上下方向を固定するために波型半導電弾性積層板３とスペーサ５と楔４をスロット開口部に設置する。

弾性体７が塗布されたライナ６を設置した固定子鉄心２スロット内壁は、凹部に弾性体７が入り込むことにより当該凹部で生じる空隙がなくなる。また、弾性体７が塗布されたライナ６は、弾性体７が固定子鉄心２と接するように設置することにより、固定子コイル１を挿入するときに固定子コイル１が弾性体７とは直接接触することがない。固定子コイル１をスロット内に挿入するときには、弾性体が塗布されていない側のライナ６の側面を固定子コイル１をスライドさせるようにスロット内に挿入するので、ライナ６が固定子コイル１で摩耗して損傷したり、下部に押し下げられたりすることがない。

図２は、空隙がある場合を模擬した試験体の断面を示す図である。図２は、模擬鉄心１１と模擬固定材１２を重ね合わせて構成した。模擬鉄心１１はガラス基材をエポキシ樹脂で含浸硬化した厚さ3 mm, 直径60 mmの積層板で、片面に幅0.35 mm、深さ0.50 mmのスリットを入れた。模擬固定材１２はガラス基材をエポキシ樹脂で含浸硬化した厚さ2.8 mm, 直径60 mmの積層板とした。

図３は、空隙がない場合を模擬した試験体の断面を示す図である。図３は模擬鉄心１１と模擬弾性体１３が重なるように構成した。模擬弾性体１３は模擬鉄心１１のスリット面でWACKER社製シリコーン樹脂（Elastosil M4601）を室温で24時間硬化させることで形成した。

図４は、空隙がある場合（図２）、空隙がない場合（図３）の試験体の熱伝導率を測定した結果から模擬鉄心凹凸箇所の等価熱伝導率を求めた結果を示す図である。熱伝導率の測定はEKO社製熱伝導率測定装置（HC-110）を用いた。空隙なしの試験体の凹凸部等価熱伝導率は、空隙ありの試験体に比べ約1.4倍になった。

本実施形態によれば、固定子コイル１-固定子鉄心２間の一側面は、鉄心長全体にわたり空隙がなくなるので、熱抵抗が低減し固定子コイル冷却性能が高まる効果を得られる。さらに、弾性体７は固定子コイル１挿入時に摩耗しないので弾性体７が損傷したり、下部に押し下げられたりせず弾性体７の設置が容易になる効果が得られる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態の回転電機における固定子鉄心の１スロット断面を示す図である。

第１の実施形態と同一の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態では、第１の実施形態のライナ６をL字型をしたL字ライナ８とする。スロット底に設置されていたスペーサは不要になる。L字ライナ８に塗布される弾性体７はL字ライナ８と固定子鉄心２との間に形成する。L字ライナ８が固定子鉄心２スロット底壁と接触する部分にも弾性体７を塗布する。

上述の構成により、第１の実施形態の効果に加えて、スロット底に設置されていたスペーサが不要となる。また、固定子鉄心２スロット底壁の凹部で生じる空隙がなくなるので、熱抵抗が低減し固定子コイル冷却性能が高まる効果を得られる。

さらに、固定子コイル１の挿入時にL字ライナ８下部に加わる圧縮力を分散することで、圧縮力が低減され、ライナが座屈して挿入できなくなるリスクが低減するので、固定子コイル１の出し入れが簡便になる。

（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態の回転電機における固定子鉄心の１スロット断面を示す図である。

第２の実施形態と同一の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態では、第２の実施形態のＬ字ライナ８を上下固定子コイル１ａ、１ｂそれぞれに左右逆になるようにL字ライナ８ａ、８ｂとした。スロット底に設置されていたスペーサだけでなく、コイル上下間に設置されていたスペーサも不要になる。

固定子コイル１挿入前に、弾性体７が塗布されたＬ字ライナ８ａを固定子鉄心２のスロット内壁の片面およびスロット底壁に設置する。その際、弾性体７が塗布された面が固定子鉄心２と接するように設置する。Ｌ字ライナ８ａ側面をスライドさせるように固定子コイル１ａをスロット内に挿入する。

Ｌ字ライナ８ａと左右逆になるようにL字ライナ８ｂを固定子鉄心２のスロット内壁の片面および固定子コイル１ａに設置する。L字ライナ８ｂは弾性体７が塗布され、弾性体７が塗布された面が固定子鉄心２と接するように設置する。Ｌ字ライナ８ｂ側面をスライドさせるように固定子コイル１ｂをスロット内に挿入する。

上下方向を固定するために波型半導電弾性積層板３とスペーサ５と楔４をスロット開口部に設置する。なお、固定子鉄心２のスロット内壁のＬ字ライナ８を設置しなかった面に第１の実施形態のライナ６を弾性体７が塗布された面が固定子鉄心２と接するように設置してもよい。

上述の構成により、第２の実施形態の効果に加えて、コイル上下間に設置されていたスペーサが不要となる。

図７はエンド部での固定子コイル同士の接続を示す。Nスロットの下固定子コイル１ｎａはエンド部で所定のスロット数離れたＭスロットの上固定子コイル１ｍｂとコイルエンド接続線１４で接続する。エンド部の固定力の方向はエンド部が開くように処理されており、結果的にNスロット下固定子コイル１ｎａおよびＭスロット上固定子コイル１ｍｂは互いに離れる方向に力が加わる。Nスロット下固定子コイル１ｎａとスロット内壁との間に設置された弾性体７およびＭスロット上固定子コイル１ｍｂとスロット内壁との間に設置された弾性体７は、Nスロット下固定子コイル１ｎａおよびＭスロット上固定子コイル１ｍｂに加わる、互いに離れる方向の力と同じ方向に弾性体の固定力は働くように設置する。

上述の構成により、弾性体７の固定力が働き、所定のスロット数離れた上下固定子コイル１が離れる方向に力が加わる作用を得る。

本実施形態によれば、弾性体の固定力およびエンド部の固定力が所定のスロット数離れた上下固定子コイル１が離れる方向に同時加わるため、より安定した固定力が得られる。

（第４の実施形態）
図８は、第４の実施形態の回転電機における固定子鉄心の１スロット断面を示す図である。

第２の実施形態と同一の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態では、第２の実施形態のＬ字ライナ８をＵ字ライナ９とした。スロット底に設置されていたスペーサが不要になる。

U字ライナ９はガラス基材とカーボンをエポキシ樹脂で接着して積層して作製した表面抵抗10³〜10⁶ ΩのU字型半導電積層板である。このとき、U字ライナ９に塗布される弾性体７はU字ライナ９と固定子鉄心２の間に形成する。弾性体７は少なくともＵ字ライナ９と固定子鉄心２が接触する範囲に塗布する。

固定子コイル１挿入前に、弾性体７が塗布されたＵ字ライナ９を固定子鉄心２のスロット内（壁およびスロット底壁）に設置する。その際、弾性体７が塗布された面が固定子鉄心２と接するように設置する。Ｕ字ライナ９の、弾性体７が塗布されていない面をスライドさせるように固定子コイル１ａをスロット内に挿入する。なお、コイル上下間にはスペーサ５を挿入する。

また、上下方向を固定するために波型半導電弾性積層板３とスペーサ５と楔４をスロット開口部に設置する。

上述の構成により、第２の実施形態の効果に加えて、固定子コイル１-固定子鉄心２間の全側面において、鉄心長全体にわたり空隙がなくなるので、熱抵抗が低減し固定子コイル冷却性能が高まる効果が得られる。

（第５の実施形態）
図９は、第５の実施形態の回転電機における固定子鉄心の１スロット断面を示す図である。

第４の実施形態と同一の構成には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態では、第４の実施形態の固定子コイル１とU字ライナ間に半導電プリプレグ１０を配置して構成している。半導電プリプレグ１０は、カーボンなどの導電性粒子とエポキシなどの熱硬化性樹脂の混合物であり、空気よりも熱抵抗の低い熱媒体である。

上述の構成により、固定子コイル１をU字ライナ９内に挿入し、上部から圧力がかかると半導電プリプレグ１０の導電性樹脂が染み出し固定コイル１とU字ライナ９間の空隙を充填する。その結果、固定子コイル１とU字ライナ９間の空隙が低減される。

本実施形態によれば、固定子コイル１とU字ライナ９間に空気よりも熱抵抗の低い熱媒体が充填されることで、固定子コイル１の冷却性能が高まる効果が得られる。

半導電プリプレグ１０は、Ｕ字ライナ９の底面、上下固定子コイル１ａ、１ｂ間、上固定子コイル１ｂ上部、固定子コイル１とU字ライナ間の少なくとも１箇所に配置しても同様の効果が得られる。

なお、第１〜第４の実施形態における固定子鉄心２のスロット内に半導電プリプレグ１０を配置して、固定子鉄心２のスロット内の空隙に空気よりも熱抵抗の低い熱媒体が充填されることで、固定子コイル１の冷却性能が高まる効果が得られる。

以上述べた少なくともひとつの実施形態の回転電機およびその製造方法によれば、固定子コイル-鉄心間の熱抵抗を低減でき、かつ組立容易にすることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１固定子コイル
２固定子鉄心
３波型半導電弾性積層体
４楔
５スペーサ
６ライナ
７弾性体
８Ｌ字ライナ
９Ｕ字ライナ
１０半導電プリプレグ
１１模擬鉄心
１２模擬弾性体

Claims

ライナの少なくとも一部に弾性体が塗布された面が固定子鉄心の内壁と接するように設置し、
前記ライナの弾性体が塗布されていない面と接しながら固定子コイルをスロット内に挿入する回転電機の製造方法。
スロットが配置された固定子鉄心と、
少なくとも一部に弾性体が塗布された面が前記固定子鉄心の内壁と接するように設置されたライナと、
前記ライナの弾性体が塗布されていない面と接して設けられた固定子コイルとを備えた回転電機。
前記ライナは、Ｌ字ライナである請求項２記載の回転電機。
前記固定子コイルは、前記スロット内に２つに設けられ、
前記固定子コイルにはそれぞれにＬ字ライナが左右逆に設けられた請求項２記載の回転電機。
前記ライナは、Ｕ字ライナである請求項２記載の回転電機。
前記固定子コイルの上または下の少なくとも１箇所に半導電プリプレグを備えた請求項２乃至請求項５に記載の回転電機。
前記弾性体は、コイルエンドが接続された固定子コイル同士が、互いに離れる方向に弾性体の固定力は働くように設けられた請求項２乃至請求項４に記載の回転電機。
請求項１記載の回転電機の製造方法で製造された回転電機。