JP3734435B2 - 回転電機の相リード - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転電機の固定子巻線におけるコイルエンド相互間およびコイルエンドとターミナル間を接続する接続導体に係り、特に、接続時の軸方向位置のずれを吸収する部分である相リードの配置構成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図8は、例えば、大型同期機の固定子巻線における接続要領を模式的に示したものである。図において、1は固定子鉄心で、その各スロット内に収容された巻線の接続は、スロットから導出したコイルエンド2を周方向に配設された後述する位相リング4に一旦接続し、この位相リング4を介して他のスロットからのコイルエンド2やターミナル3に接続することでなされる。同図の左の部分に例示するのは、コイルエンド2相互間を接続する場合、右の部分はコイルエンド2とターミナル3とを接続する場合を示している。
【0003】
この発明は、このコイルエンド2と位相リング4との間を接続する部分に着目したもので、以下、この接続部分を中心にした従来の構成を図9および図10により説明する。図9は図8のA−Aの方向から見たときの当該接続部分を拡大して示した図である。図において、1は固定子鉄心、5は回転子鉄心、一点鎖線Cは回転電機の中心軸を示す。各固定子巻線は、この例では、固定子鉄心1のスロット内に上下2段で収容されているが、この発明では両者を区別する必要がないので、以下、上段の上口コイルからのコイルエンド2の接続構成について説明する。そして、ここでは、巻線、従って、コイルエンド2の導体は、長辺が図の径方向となる矩形断面の導体で、これを周方向(図の紙面に垂直な方向)に3本並列にしたものである。これら各導体は絶縁テープ等で個々にその表面が絶縁されている。
【0004】
4は周方向(図の紙面に垂直な方向)に沿って配設された位相リング4で、並列導体数(ここでは3)分が軸方向に所定の間隔で配置され、接続すべきコイルエンド2やターミナル3の位置に応じてその長さ、位置が設定される。6はコイルエンド2と位相リング4とを接続する部分の内、特に、コイルエンド2の先端の軸方向位置と位相リング4の軸方向位置とのずれを吸収する部分で相リードと称しており、固定子巻線の構成上必ず必要な部分となる。
ところで、従来の回転電機における相リード6は、主として、これら接続導体を支持、固定する構造が容易であるという理由で、図10に示すように、コイルエンド2からの導体を、相リード6に入る部分でその断面の長辺が周方向となるように曲げ、並列接続される3本の相リード6を径方向に重ねるように配置していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回転電機における相リードは以上のように構成されていたので、その支持や固定は比較的容易になし得るが、容量の増大等に伴い、以下のような問題点が生じるようになった。
即ち、これらの接続部分の冷却は、軸方向端部に設置された図示しないファンに基づく径方向の冷却風(図9、10で矢印Bで示す)によっているが、この冷却条件では十分な冷却効果が得られず、過熱する可能性があった。電流密度を下げて断面積の大きな導体を使用すれば温度は下がるが材料費が増大するとともに曲げ加工も困難になるという欠点があった。
この発明は以上のような問題点を解消するためになされたもので、導体断面積を増大することなく、過熱が抑制される回転電機の相リードを得ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る回転電機の相リードは、互いに並列に接続されるn(nは2以上の正の整数)本の矩形断面導体からなるコイル導体に延在し固定子鉄心の1個のスロットから軸方向外方へ導出されたn本のコイルエンド、軸方向に順次上記n本配設されそれぞれ周方向に所定の長さを有する導体からなる位相リング、および上記n本のコイルエンドと上記n本の位相リングとをそれぞれ接続する矩形断面導体からなるn本の接続導体を備え、上記接続導体に径方向の冷却風を供給して冷却するようにした回転電機において、
上記接続導体の内、互いに接続する上記コイルエンド先端の軸方向位置と上記位相リングの軸方向位置とのずれを吸収する部分であるn本の相リードを、その断面の長辺が周方向となるようにし、かつ、その径方向位置が互いに異なるように、かつ、径方向に隣接するものの周方向位置が互いにずれるように配設したものである。
【0007】
また、この発明に係る回転電機の相リードは、そのn本の相リードを、順次周方向同一向きに一部周方向位置が重なるようにずらして配設したものである。
【0008】
また、この発明に係る回転電機の相リードは、そのn本の相リードを、順次周方向同一向きに周方向位置の重なりが無いようにずらして配設したものである。
【0009】
また、この発明に係る回転電機の相リードは、そのn本の相リードを、径方向外側と内側とで周方向の異なる向きに互いにずらして配設したものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1における回転電機の相リードを示す構成図で、同図(a)は斜視図、同図(b)は、回転電機の軸方向から見た図である。いずれも、コイルエンドから位相リングに至る接続導体のみを図示しており、導体表面に施す絶縁テープ等は図示を省略している。また、図は3本並列の場合を示しているが、この発明上、並列本数は3本に限られるものではない。なお、これら条件は以下の実施の形態例も同様であり、各実施の形態では再録しない。
【0011】
図1(a)において、固定子鉄心のスロットから軸方向に導出された3本のコイルエンド2A、2B、2Cは、いわゆるエッジワイズに径方向に曲げられ、またその後、いわゆるフラットワイズに周方向に曲げられ、更にエッジワイズに軸方向に曲げられて相リード6A、6B、6Cの一端になる。相リード6A、6B、6Cの他端は、フラットワイズに径方向に曲げられ、更に、エッジワイズに周方向に曲げられて位相リング4A、4B、4Cの一端となる。
【0012】
ここで特に着目する相リードの部分は、図1(b)に示すように、径方向に順次配置する3本の相リード6A、6B、6Cのそれぞれの周方向位置をほぼ導体幅の半分ずつ順次ずらしている。この結果、径方向の冷却風Bがすべての相リード6A、6B、6Cに直接当たり、従来の3本の相リードを周方向同一位置に重ねる場合(図10)に比較して、冷却条件が改善され温度上昇が低下する。
更に、以下に説明するように、各相リード6A、6B、6Cの各導体間の距離が増えるので、導体に発生する渦電流損失が低減し、発生熱量が減少してこの面からも温度上昇が低下する。
【0013】
図2は、導体間の距離が減少すると渦電流損失が増加する理由を説明するもので、図において、隣接する導体に同じ向きの電流を流すと、各導体の作る磁束はは導体間(E部)の縦方向には弱め合うが、導体の上下横方向および各導体の外周(F部)では強め合う。このため、導体間の距離を小さくすると、導体間の磁束は弱まるが、残りの上下側方の磁束は強まり渦電流損失は増大する。
図3は、同じ現象を説明するものである。即ち、1つの導体に交流電流を通電すると、表皮効果により電流が導体周辺部に偏って流れ損失が増加する。この導体を、同図(a)の状態から真ん中で分割し、同図(b)(c)と距離を広げていくと、1導体の表皮効果から2導体の表皮効果に変化し、電流の流れる面積が増加することから発生損失が減少する。
【0014】
以上のように、この実施の形態1では、3本の相リード6A、6B、6Cを、その断面の長辺が周方向となるように、且つ、順次周方向同一向きに一部周方向位置が重なるようにずらして配設したので、冷却風による冷却条件が改善されるとともに発生損失が低減し、導体断面積を増大することなくその温度上昇を低減し過熱が抑制される。
【0015】
実施の形態2.
図4はこの発明の実施の形態2における回転電機の相リードを示す構成図で、以下、実施の形態1と異なる点を中心に説明する。
ここでは、各相リード6A、6B、6Cの周方向の重なりが無いようにずらし量を増やしている。
【0016】
この結果、相リード6A、6B、6Cそれぞれの全面に冷却風Bが当たるので、冷却条件が更に改善されるとともに、導体間の距離も更に増大して発生損失が低減し、この部分の温度上昇が一層低減する。
【0017】
実施の形態3.
図5はこの発明の実施の形態3における回転電機の相リードを示す構成図である。ここでは、3本の導体中、冷却条件が特に悪い中央の相リード6Bを、上下の相リード6A、6Cから周方向に導体幅だけずらしている。
【0018】
この結果、発生損失の低減と相俟って中央の相リード6Bの過熱も抑制されるとともに、先の実施の形態2の場合に比較して、相リード6全体の占める周方向スペースを低減することが出来る。
【0019】
実施の形態4.
図6はこの発明の実施の形態4における回転電機の相リードを示す構成図である。ここでは、各断面の長辺が径方向に一直線に連なるよう、各相リード6A、6B、6Cを配設している。
【0020】
この結果、各相リード6A、6B、6Cの長辺の両面に冷却風Bが当たるので、冷却条件が大幅に改善されるとともに、導体間の距離も増大して発生損失が更に低減し、この部分の温度上昇が大幅に抑制される。
なお、図6では、各相リード6A、6B、6Cの断面は周方向の同じ位置にあるが、図示は省略するが、各導体断面の位置を、周方向にずらすことにより、冷却条件、発生損失ともに更に改善される。
【0021】
実施の形態5.
図7はこの発明の実施の形態5における回転電機の相リードを示す構成図である。ここでは、各相リード6A、6B、6Cの断面を、実施の形態4の図6の位置から周方向に順次ずらすとともに、隣接する導体の断面の径方向位置が一部重なるように配設している。
【0022】
この結果、冷却風が各導体の長辺の両面に当たって冷却条件が大幅に改善されるとともに、相リード6全体の占める径方向スペースを低減することが出来る。
【0023】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る回転電機の相リードは、互いに並列に接続されるn(nは2以上の正の整数)本の矩形断面導体からなるコイル導体に延在し固定子鉄心の1個のスロットから軸方向外方へ導出されたn本のコイルエンド、軸方向に順次上記n本配設されそれぞれ周方向に所定の長さを有する導体からなる位相リング、および上記n本のコイルエンドと上記n本の位相リングとをそれぞれ接続する矩形断面導体からなるn本の接続導体を備え、上記接続導体に径方向の冷却風を供給して冷却するようにした回転電機において、
上記接続導体の内、互いに接続する上記コイルエンド先端の軸方向位置と上記位相リングの軸方向位置とのずれを吸収する部分であるn本の相リードを、その断面の長辺が周方向となるようにし、かつ、その径方向位置が互いに異なるように、かつ、径方向に隣接するものの周方向位置が互いにずれるように配設したので、存在する径方向の冷却風が直接当たる面積が増大するとともに、隣接する導体間の距離が増大してその発生損失が低減し、導体断面積を増やすこと無く相リードの過熱が抑制される。
【0024】
また、この発明に係る回転電機の相リードは、そのn本の相リードを、順次周方向同一向きに一部周方向位置が重なるようにずらして配設したので、相リード全体の占める径方向および周方向スペースを大きく増やすことなく相リードの過熱が抑制される。
【0025】
また、この発明に係る回転電機の相リードは、そのn本の相リードを、順次周方向同一向きに周方向位置の重なりが無いようにずらして配設したので、すべての相リードに直接冷却風が当たり、冷却条件が更に改善されるとともに、発生損失も一層低減する。
【0026】
また、この発明に係る回転電機の相リードは、そのn本の相リードを、径方向外側と内側とで周方向の異なる向きに互いにずらして配設したので、相リード全体の占める周方向スペースを大きく増やすことなく相リードの過熱が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1における回転電機の相リードを示す構成図である。
【図2】 導体間の距離を変えたときの発生損失の変化を説明する図である。
【図3】 導体間の距離を変えたときの発生損失の変化を説明する、図2とは異なる図である。
【図4】 この発明の実施の形態2における回転電機の相リードを示す構成図である。
【図5】 この発明の実施の形態3における回転電機の相リードを示す構成図である。
【図6】 この発明の実施の形態4における回転電機の相リードを示す構成図である。
【図7】 この発明の実施の形態5における回転電機の相リードを示す構成図である。
【図8】 大型同期機の固定子巻線における接続要領を模式的に示す図である。
【図9】 図8のA−Aの方向から見た従来の接続部分を拡大して示す図である。
【図10】 従来の相リードを示す構成図である。
【符号の説明】
1 固定子鉄心、2A,2B,2C コイルエンド、4A,4B,4C 位相リング、6A,6B,6C 相リード。
Claims (4)
- 互いに並列に接続されるn(nは2以上の正の整数)本の矩形断面導体からなるコイル導体に延在し固定子鉄心の1個のスロットから軸方向外方へ導出されたn本のコイルエンド、軸方向に順次上記n本配設されそれぞれ周方向に所定の長さを有する導体からなる位相リング、および上記n本のコイルエンドと上記n本の位相リングとをそれぞれ接続する矩形断面導体からなるn本の接続導体を備え、上記接続導体に径方向の冷却風を供給して冷却するようにした回転電機において、
上記接続導体の内、互いに接続する上記コイルエンド先端の軸方向位置と上記位相リングの軸方向位置とのずれを吸収する部分であるn本の相リードを、その断面の長辺が周方向となるようにし、かつ、その径方向位置が互いに異なるように、かつ、径方向に隣接するものの周方向位置が互いにずれるように配設したことを特徴とする回転電機の相リード。 - n本の相リードを、順次周方向同一向きに一部周方向位置が重なるようにずらして配設したことを特徴とする請求項1記載の回転電機の相リード。
- n本の相リードを、順次周方向同一向きに周方向位置の重なりが無いようにずらして配設したことを特徴とする請求項1記載の回転電機の相リード。
- n本の相リードを、径方向外側と内側とで周方向の異なる向きに互いにずらして配設したことを特徴とする請求項1記載の回転電機の相リード。
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