JP2014220929A - Stator coil and revolving-armature - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、固定子コイル及び回転電機に関する。 Embodiments described herein relate generally to a stator coil and a rotating electrical machine.
発電プラントなどで使用される回転電機の固定子コイルは、例えば固定子鉄心に設けられた隣り合う一組のスロット内に収容された状態で配置されている。固定子コイルは、複数のターン数を有するときには、2ターン目以降では前のターンの端部を段上げすることによって、前のターンと次のターンとが接続される。 A stator coil of a rotating electrical machine used in a power plant or the like is arranged in a state of being accommodated in a pair of adjacent slots provided in a stator core, for example. When the stator coil has a plurality of turns, the previous turn and the next turn are connected by raising the end of the previous turn after the second turn.
上述した段上げは、例えば亀甲コイルの端部でターン間に緩やかな勾配をつけることで行う場合がある。また、薄い平角導体を巻回するときの段上げは、コイル端部で平角導体一層分の勾配をつけることによって行う場合もある。 The step-up described above may be performed, for example, by providing a gentle gradient between turns at the end of the turtle shell coil. Further, the stepping up when winding a thin flat conductor may be performed by providing a gradient of one flat conductor at the end of the coil.
しかしながら、前者の段上げ構造は、固定子コイル本体のコイル幅が狭い場合、素線を束ねた素線導体に対して、成形時に、3次元的な曲げ応力が強く加わることになるため、素線導体から素線がばらけやすくなる結果を招く。この対策としては、コイル幅を広くして段上げを緩やかにするために、回転電機の体格を大きくする必要がある。 However, in the former stepped-up structure, when the coil width of the stator coil body is narrow, a three-dimensional bending stress is strongly applied to the element conductor that bundles the elements at the time of molding. As a result, the strands are easily separated from the wire conductor. As a countermeasure, it is necessary to increase the size of the rotating electrical machine in order to widen the coil width and loosen the steps.
一方、後者の段上げ構造は、固定子コイル本体のコイル幅が狭い場合、段上げ部分で素線導体どうしが物理的に干渉しないようにするために、やはり、回転電機の体格を大きくする必要がある。 On the other hand, in the latter stepped structure, when the coil width of the stator coil body is narrow, it is necessary to increase the size of the rotating electrical machine so that the wire conductors do not physically interfere with each other at the stepped portion. There is.
そこで、本発明が解決しようとする課題は、コイル幅が狭い場合でも回転電機の体格を大きくすることなくマルチターンを実現できる固定子コイル及び回転電機を提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a stator coil and a rotating electrical machine that can realize multi-turn without increasing the size of the rotating electrical machine even when the coil width is narrow.
実施の形態の固定子コイルは、第1のターン部、第2のターン部及び段上げ部を備えている。第1のターン部は、鉄心の周りの1段目を周回する曲線部分と直線部分とを含む。第2のターン部は、前記鉄心の周りの2段目を周回する曲線部分と直線部分とを含む。段上げ部は、第1のターン部の直線部分と第2のターン部の直線部分とを前記第1及び第2のターン部の軸心方向からみて直線的に接続して段上げする。 The stator coil according to the embodiment includes a first turn part, a second turn part, and a step-up part. The first turn portion includes a curved portion and a straight portion that go around the first stage around the iron core. The second turn portion includes a curved portion and a straight portion that go around the second stage around the iron core. The stepped-up portion steps up by linearly connecting the straight portion of the first turn portion and the straight portion of the second turn portion as viewed from the axial direction of the first and second turn portions.
以下、実施の形態を図面に基づき説明する。
図1に示すように、本実施形態に係る回転電機10は、例えば発電プラントで用いられる発電機や電動機などである。回転電機10は、固定子(ステータ)8、回転子(ロータ)15などを備えている。なお、回転電機10は、回転子15の回転子軸16の両端にそれぞれ対称的に設けられた例えばファン17や通風ダクトを備えた冷却機構などを有している。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the rotary
回転子軸16は、固定子8を含む構造部分に軸受機構を介して支持されている。回転子15は、回転子軸16と一体的に設けられた回転子鉄心12及び回転子コイル14を備えている。一方、固定子8は、固定子鉄心5と固定子コイル7とを備えている。また、固定子8には、図2に示すように、外側間隔片25、鉄心押え板26、遮蔽板27なども設けられている。鉄心押え板26は、外側間隔片25を介して、回転子15の軸方向から固定子鉄心5を挟持する。遮蔽板27は、固定子鉄心5からの磁束の漏れを遮蔽する。
The
固定子鉄心5は、例えば扇形に打ち抜かれた複数の電磁鋼板を環状に配置すると共に、図2に示すように、複数の電磁鋼板を回転子15の軸方向に積層して構成されている。固定子鉄心5には、図3に示すように、固定子コイル7を収容するための複数のスロット18が、回転子15の周方向に分散して設けられている。
The
個々の固定子コイル7は、図3に示すように、隣り合う一組のスロット18内にまたがった状態で収容される。固定子コイル7の収容されたスロット18は、その開口部側から楔19を打ち込まれて閉じられる。なお、固定子コイル7は、図3に示すように、例えば絶縁被覆の施された複数の素線20aを束ねて成形した素線導体20と、この素線導体20の外周に、マイカテープなどを多重巻回して形成される絶縁層21と、この絶縁層21のさらに外周にいわゆる半導電性テープなどを巻回して形成される電界緩和層(低抵抗コロナ防止層)22などと、から構成されている。
As shown in FIG. 3, the
固定子コイル7では、例えば幅7mm、高さ2mmの複数の素線20aを、より合わせる素線転位が施され、例えば素線20aを2列12段(図3では2列8段を例示)に束ねた幅14mm×24mmの素線導体(素線束)20が構成されている。さらに、固定子コイル7は、この素線導体20の外周に上述した絶縁処理を施し、図4、図5に示すように、高さ72mm(24mm×3)となる2ターンのレーストラック形状に成形されている。
In the
より具体的には、固定子コイル7は、図4〜図7に示すように、第1のターン部31、第2のターン部32、段上げ部(第1の段上げ部)33、第2の段上げ部34、コイルエンド部35、コイルエンド部36を主に備えている。第1のターン部31は、固定子鉄心5の周りの1段目を周回する曲線部分31aと直線部分31bとを有している。第2のターン部32は、固定子鉄心5の周りの2段目を周回する曲線部分32aと直線部分32bとを有している。
More specifically, as shown in FIGS. 4 to 7, the
段上げ部33は、図4〜図7に示すように、第1及び第2のターン部31、32の軸心方向(スロット18の深さ方向)からみて、第1のターン部31の直線部分31bと第2のターン部32の直線部分32bとを直線的(ストレート)に接続して段上げする。詳述すると、段上げ部33は、第1のターン部31の直線部分31bの終端箇所31cと第2のターン部32の直線部分32bの先端箇所32cとを前述したように直線的に接続して段上げする。つまり、段上げ部33は、3次元的な曲げ(ひねり)を加えることなく、2次元的な高さ方向(スロットの深さ方向)への曲げによって、第1のターン部31と第2のターン部32とを接続する。
As shown in FIGS. 4 to 7, the stepped-up
図4〜図6に示すように、一方のコイルエンド部35は、固定子コイル本体の3段目に位置する直線部分35aを有している。他方のコイルエンド部36は、固定子コイル本体の1段目に位置する直線部分36aを有している。すなわち、コイルエンド部36の直線部分36aは、第1のターン部31の直線部分31bと直線的に接続されている。第2の段上げ部34は、第1及び第2のターン部31、32の軸心方向からみて、第2のターン部32の直線部分32bとコイルエンド部35の直線部分35aとを直線的に接続して段上げする。
As shown in FIGS. 4-6, one
また、段上げ部(第1の段上げ部)33及び第2の段上げ部34は、図2に示すように、回転子15(回転子軸16)の径方向からみて、固定子鉄心5との重なりを避ける位置に設けられている。さらに、段上げ部33及び第2の段上げ部34は、図2に示すように、回転子15の径方向からみて、遮蔽板27上の回転子15側に最も近い位置で曲げられた曲げ部27aの位置よりも、固定子鉄心5側から遠ざかる位置に設けられている。また、段上げ部33及び第2の段上げ部34は、図2に示すように、回転子15から遠ざかる方向に段上げされている。
Further, as shown in FIG. 2, the step-up portion (first step-up portion) 33 and the second step-up
ここで、このように構成された本実施形態の固定子コイル7と比較例1〜4の固定子コイル47、57、67、77とを比較する。図8は、比較例1の固定子コイル47を、図7に示すB−B断面図と同じ方向からみた断面図であり、また、図9は、比較例2に係る1ターンの固定子コイル57の周辺の構造を示す断面図である。さらに、図10は、回転子15の径方向からみて、段上げ部63、64が、固定子鉄心5と重なる位置に設けられた比較例3の固定子コイル67の周辺の構造を示す断面図(固定子鉄心を部分的に破断して示す図)である。また、図11は、段上げ部73、74が、固定子鉄心5へ近付く方向に段上げされた比較例4の固定子コイル77の周辺の構造を示す断面図である。
Here, the
比較例1の固定子コイル47では、図8に示すように、段上げ部47aが、点線箇所47bにて固定子コイル本体の他の部位と物理的に干渉し、実際には、段上げを構成することができなかった。これに対して、本実施形態の固定子コイル7は、図4〜図7に示すように、段上げ部33をいわゆるエッジワイズ方向に曲げる(段上げする)ことで、段上げ部33と固定子コイル本体の他の部位との物理的干渉を回避することが可能となる。
In the
したがって、本実施形態の固定子コイル7によれば、素線導体20を3次元的に曲げる工程がないため、成形時に、素線導体20から素線20aがばらけ難くなり、成形性の向上を図ることができる。また、固定子コイル7によれば、コイル幅を広くして段上げを緩やかにする構成などを適用していないため、固定子コイルを内蔵する回転電機本体の体格が大きくなることなどを回避できる。
Therefore, according to the
また、比較例2の固定子コイル57は、図8に示した段上げによる物理的干渉を回避するために、図9に示すように、ターン数を1ターンにした固定子コイルである。このため、複数のターン数を有する固定子コイルと比べ、コイルとしての仕様上の制約を受けることが考えられる。これに対して、本実施形態の固定子コイル7では、段上げによる物理的干渉を回避しつつマルチターンを実現できるので、例えば発電プラントでの仕様に適した製品を作製することなどが可能となる。
Further, the
また、比較例3の固定子コイル67は、図10に示すように、回転子15の径方向からみて、段上げ部63、64が、固定子鉄心5と重なる位置に設けられている。このため、固定子鉄心におけるスロットの深さを、固定子コイル7と比べて例えば1.5倍以上、深くする必要がある。したがって、スロット内への固定子コイル67の組み込み性が低下しこの点において課題が生じることになる。
Further, as shown in FIG. 10, the
一方、本実施形態の固定子コイル7は、段上げ部33及び第2の段上げ部34が、図2に示すように、回転子15の径方向からみて、固定子鉄心5との重なりを避ける位置に設けられている。これにより、スロットを深くする形成する必要がなく、固定子コイル7の組み込み性を高めることができる。
On the other hand, in the
さらに、比較例4の固定子コイル77は、図11に示すように、固定子鉄心5へ近付く方向に段上げ部73、74が段上げされている。比較例4の固定子コイル77は、回転子15(回転子軸16)との物理的な干渉を避けるために、段上げ部73、74と回転子15との間のギャップを大きくとる必要があり、例えば回転電機10の体格を大きくする必要がある。
Furthermore, as shown in FIG. 11, the
これに対して、本実施形態の固定子コイル7は、図2に示すように、段上げ部33及び第2の段上げ部34が、回転子15から遠ざかる方向に段上げされている。さらに、本実施形態の固定子コイル7は、図2に示すように、段上げ部33及び第2の段上げ部34が、前述したように、回転子15の径方向からみて、遮蔽板27上の回転子15側に最も近い位置で曲げられた曲げ部27aの位置よりも、固定子鉄心5側から遠ざかる位置に設けられている。
In contrast, in the
これにより、本実施形態の固定子コイル7によれば、段上げ部33、34と、遮蔽板27又は回転子15と、の物理的な干渉を阻止しつつ、部品レイアウト上のスペースが有効に活用されるので、回転電機10の体格を例えば大きくすることなどを回避できる。
As a result, according to the
既述したように、本実施形態の固定子コイル7によれば、コイル幅が狭い場合でも回転電機10の体格を大きくすることなく固定子鉄心5を周回するターン部のマルチターンを実現することができる。
As described above, according to the
以上、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す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。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。 As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
5…固定子鉄心、7…固定子コイル、8…固定子、10…回転電機、12…回転子鉄心、14…回転子コイル、15…回転子、16…回転子軸、18…スロット、20…素線導体、20a…素線、27…遮蔽板、27a…曲げ部、31…第1のターン部、31a,32a…曲線部分、31b,32b,35a,36a…直線部分、31c…終端箇所、32…第2のターン部、32c…先端箇所、33…段上げ部(第1の段上げ部)、34…第2の段上げ部、35,36…コイルエンド部。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記鉄心の周りの2段目を周回する曲線部分と直線部分とを含む第2のターン部と、
前記第1のターン部の直線部分と前記第2のターン部の直線部分とを前記第1及び第2のターン部の軸心方向からみて直線的に接続して段上げする段上げ部と、
を備える固定子コイル。 A first turn portion including a curved portion and a straight portion that go around the first stage around the iron core;
A second turn portion including a curved portion and a straight portion around the second stage around the iron core;
A stepped-up portion that straightly connects the straight portion of the first turn portion and the straight portion of the second turn portion as viewed from the axial direction of the first and second turn portions;
A stator coil comprising:
請求項1記載の固定子コイル。 The stepped-up portion is provided at a position that avoids overlapping with the iron core as seen from the radial direction of the rotor,
The stator coil according to claim 1.
請求項1又は2記載の固定子コイル。 The stepped-up part is more than the bent part bent at the position closest to the rotor side on the shielding plate that shields leakage of magnetic flux from the iron core as viewed from the radial direction of the rotor. It is provided at a position away from the iron core side,
The stator coil according to claim 1 or 2.
請求項1ないし3のいずれか1項に記載の固定子コイル。 The raised portion is raised in a direction away from the rotor,
The stator coil according to any one of claims 1 to 3.
前記第2のターン部の直線部分と前記コイルエンド部の直線部分とを前記第1及び第2のターン部の軸心方向からみて直線的に接続して段上げする第2の段上げ部と、
をさらに備える請求項1ないし4のいずれか1項に記載の固定子コイル。 A coil end portion including a linear portion located in the third stage;
A second stepped-up portion that straightly connects the straight portion of the second turn portion and the straight portion of the coil end portion as viewed from the axial direction of the first and second turn portions; ,
The stator coil according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
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