JP3792549B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、固定子巻線の相間接続導体における渦電流損失の集中発生を抑制して、相間接続導体の局部温度が被覆絶縁物の耐熱許容限度以上になるのを防止したタービン発電機などの回転電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
タービン発電機などの回転電機は、大容量化に伴い定格電圧も益々高くなっており、例えば、３０ＫＶ級のものも開発されている。そして、高電圧、大容量化が進む中で、小型・軽量化するため設計面での様々な工夫がなされている。その一例として、固定子巻線の隣接する相間接続導体相互間の空間距離を縮小して機器寸法を短縮するためになされた回転電機の接続導体間絶縁物に関する技術があり、例えば特開昭６３−９９７３７号公報に記載されている。この回転電機の接続導体間絶縁物は、コイルエンド部の外周空間にこのコイルエンドを取り巻くようにリング状に配置される回転電機の相間接続導体において、各隣接する相間接続導体間にその高さがこの相間接続導体の高さより大きい絶縁バリヤー部を形成したものである。
これによれば、相間接続導体の距離に対する相間接続導体の定格電圧を大きくすることができるので、相間接続導体の収容空間を縮小することができ、全体として回転電機を小型にすることが可能になるとされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、前記特開昭６３−９９７３７号記載の相間接続導体の断面形状を見ると、コーナ部分はすべて直角の矩形状となっている。ところが、相間接続導体に電流が流れると、各相間接続導体には、自身を流れる電流が作る磁束及び他の各相間接続導体を流れる電流が作る磁束が鎖交して渦電流が流れ、渦電流損失が発生する。この渦電流は、相間接続導体のコーナ部分に尖頭部分があれば、このコーナ部分に集中して流れることが有限要素法電磁界解析により分かっている。そして、相間接続導体のコーナ部分に渦電流が集中して流れると、渦電流損失も過大となってコーナ部分が局部過熱され被覆絶縁物の耐熱許容限度を超える場合も起こり得る。被覆絶縁物が耐熱許容限度を超えた状態に長時間曝されると絶縁劣化を生じる。
【０００４】
前記公報記載のように、せっかく工夫して相間接続導体の絶縁耐力の向上を図り回転電機を小型化しようとしても、上記のような不具合発生の可能性があれば、製品品質を確保する上で大きな問題となる。
このような事態を防ぐための一手段として、被覆絶縁物の厚さを薄くし熱放散性を高めることが考えられる。しかし、この場合は、相間接続導体の絶縁耐力が低下するため、耐電圧試験時に火花放電が発生し被覆絶縁物が破壊される可能性があった。このような中、安価で有効な渦電流の局部集中を抑制する方法が求められていた。
【０００５】
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あり、相間接続導体のコーナ部に渦電流損失が集中して発生するのを抑制して、相間接続導体の局部過熱による被覆絶縁物の熱劣化を防止するようにした回転電機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明による回転電機は、コイルエンドの背部空間にこのコイルエンドを取り巻くようにリング状に相間接続導体が配置された回転電機において、前記相間接続導体は四角形状の断面を有すると共に、コーナ部分を渦電流が集中して流れるのを抑制する形状に形成したものである。
【０００７】
また、この発明による回転電機は、前記コーナ部分が、少なくとも２ｍｍの半径を有する丸み部分を有しているものである。
【０００８】
また、この発明による回転電機は、前記コーナ部分が、少なくとも２ｍｍの辺長さを有する段付部分又はカット部分を有しているものである。
前記相間接続導体は、複数の導体を前記コーナ部分に段付部分ができるように貼り合わせることによって形成されているものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明の実施の形態１である回転電機の相間接続導体が平行して配置された状態を示す要部の断面図である。図１に示すこの発明の実施の形態１である回転電機の相間接続導体１は、固定子巻線のコイルエンド部の背部空間（いずれも図示せず）にこのコイルエンドを取り巻くようにリング状（図示せず）に配置されている。そして、図示のように、相間接続導体１は、四隅の各コーナ部分２に半径Ｒの丸み部分３が形成されて、全体が被覆絶縁物２０により被覆されている。なお、相間接続導体１の断面サイズは発電機の出力により異なるが、通常、電気銅材を使用して幅寸法が２０ｍｍ前後、高さ寸法が数十ｍｍ程度である。丸み部分３の半径Ｒは、少なくとも２〜３ｍｍ程度以上に形成される。このように形成された相間接続導体１は、固定子巻線の背部に図１のＡ、Ｂ、Ｃのように相互に間隔を置いて並行するように配置され、接続導体支え（図示せず）に固定されている。
【００１０】
以上のように、相間接続導体１は、その四隅の各コーナ部分２に丸み部分３を設けたので、有限要素法電磁界解析によれば、各コーナ部分２における渦電流はスムースに流れ局部的な集中は抑制されている。この効果を得るためには、丸み部分３の半径Ｒは、少なくとも２〜３ｍｍ程度以上とする必要がある。
【００１１】
以上のように、本実施の形態１の回転電機は、固定子巻線の各相間接続導体１のコーナ部分２に半径Ｒが少なくとも２〜３ｍｍ程度以上の丸み部分３を設けたので、安価に各コーナ部分２における渦電流の集中を抑制することができ、丸み部分３の近傍において渦電流損失が集中的に発生することはない。このため、各相間接続導体１が局部的に過熱して絶縁部材の耐熱許容限度を超過し被覆絶縁物２０が劣化する不具合は防止される。
【００１２】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２である回転電機の相間接続導体が平行して配置された状態を示す要部の断面図である。図２に示すこの発明の実施の形態２である回転電機の相間接続導体４は、実施の形態１におけると同様、固定子巻線のコイルエンド部の背部空間（いずれも図示せず）にこのコイルエンドを取り巻くようにリング状に配置（図示せず）されている。そして、図示のように、相間接続導体４は、四隅の各コーナ部分２に互いに直交する二つの辺部分５ａと二つの尖頭部分５ｂとを有する段付部分５が形成されて、全体が被覆絶縁物２０により被覆されている。なお、相間接続導体４の断面サイズは前記実施の形態１におけると同様のものが使用され、辺部分５ａの辺長さ寸法は渦電流の集中抑制に有効な少なくとも２〜３ｍｍ程度以上に形成されている。このように形成された相間接続導体４は、固定子巻線の背部に図２のＡ、Ｂ、Ｃのように相互に間隔を置いて並行するように配置され、接続導体支え（図示せず）に固定されている。
【００１３】
なお、段付部分５は二つの辺部分５ａと二つの尖頭部分５ｂとを有するものを示したが、相間接続導体４のサイズが大きい場合は、更に多段にして尖頭部分５ｂの数を増やしてよい。尖頭部分５ｂの数が増えることにより渦電流の集中が分散され、渦電流の集中が更に抑制されるからである。
本実施の形態２の回転電機は、相間接続導体４を以上のように構成したので、実施の形態１におけると同等の効果を奏する。
【００１４】
実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３である回転電機の相間接続導体が平行して配置された状態を示す要部の断面図である。図３に示すこの発明の実施の形態３である回転電機の相間接続導体６は、実施の形態１におけると同様、固定子巻線のコイルエンド部の背部空間（いずれも図示せず）にこのコイルエンドを取り巻くようにリング状に配置（図示せず）されている。そして、図示のように、相間接続導体６は、主導体７とこの主導体７の両側面に配置された副導体８とを貼り合わせて構成されている。副導体８は、主導体７よりも高さ寸法及び横寸法が共に小さな導体である。これらを組み合わせてロー付けすることにより、相間接続導体６の四隅の各コーナ部分２に互いに直交する二つの辺部分５ａと二つの尖頭部分５ｂとを有する図２におけると同様の段付部分５が形成され、全体が被覆絶縁物２０により被覆されている。なお、相間接続導体６の断面サイズは前記実施の形態１におけると同様のものが使用され、辺部分５ａの辺長さ寸法は渦電流の集中抑制に有効な少なくとも２〜３ｍｍ程度以上に形成されている。このように形成された相間接続導体６は、固定子巻線の背部に図３のＡ、Ｂ、Ｃのように相互に間隔を置いて並行するように配置され、接続導体支え（図示せず）に固定されている。
本実施の形態３の回転電機は、相間接続導体６を以上のように構成したので、実施の形態２におけると同等の効果を奏する。
【００１５】
実施の形態４．
図４は、この発明の実施の形態４である回転電機の相間接続導体が平行して配置された状態を示す要部断面図である。図４に示すこの発明の実施の形態４である回転電機の相間接続導体９は、実施の形態１におけると同様、固定子巻線のコイルエンド部の背部空間（いずれも図示せず）にこのコイルエンドを取り巻くようにリング状に配置（図示せず）されている。そして、図示のように、相間接続導体９は、四隅の各コーナ部分２に４５度の角度でカットされた傾斜面部分１０ａと二つの尖頭部分１０ｂとを有するカット部分９が形成されて、全体が被覆絶縁物２０により被覆されている。なお、相間接続導体９の断面サイズは前記実施の形態１におけると同様のものが使用され、傾斜面部分１０ａの辺長さ寸法は渦電流の集中抑制に有効な少なくとも２〜３ｍｍ程度以上に形成されている。このように形成された相間接続導体９は、固定子巻線の背部に図４のＡ、Ｂ、Ｃのように相互に間隔を置いて並行するように配置され、接続導体支え（図示せず）に固定されている。
【００１６】
なお、カット部分１０は一つの傾斜面部分１０ａと二つの尖頭部分１０ｂとを有するものを示したが、更に傾斜角度の異なる多くの傾斜面部分１０ａを設けて尖頭部分１０ｂの数を増やしてもよい。実施の形態２におけると同じく、尖頭部分１０ｂの数が増えることにより渦電流の集中が分散され、渦電流の集中が更に抑制されるからである。
本実施の形態４の回転電機は、相間接続導体９を以上のように構成したので、実施の形態１と同等の効果を奏する。
【００１７】
【発明の効果】
この発明による回転電機は、固定子巻線の絶縁被覆された相間接続導体が矩形状の断面を有し、このコーナ部分を渦電流が集中して流れるのを抑制する所要の形状に形成したので、相間接続導体のコーナ部分に渦電流損失が集中して発生するのが抑制され、相間接続導体の局部過熱による被覆絶縁物の熱劣化を防止することができる。
【００１８】
また、この発明による回転電機は、前記コーナ部分の所要の形状が、少なくとも２ｍｍの半径を有する丸み部分をもって形成されているものであっても、又は前記コーナ部分の所要の形状が、少なくとも２ｍｍの辺長さを有する段付部分又はカット部分をもって形成されているものであっても、簡単かつ安価な構造で相間接続導体のコーナ部分における渦電流損失の集中発生を抑制することができ、相間接続導体の局部過熱による被覆絶縁物の熱劣化が防止される。
また、この発明による回転電機は、前記相間接続導体は、複数の導体を前記コーナ部分に段付部分ができるように貼り合わせることによって形成されているので、製造が簡単で、安価に相間接続導体のコーナ部分における渦電流損失の集中発生を抑制することができ、相間接続導体の局部過熱による被覆絶縁物の熱劣化が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１である回転電機の相間接続導体が平行して配置された状態を示す要部の断面図である。
【図２】 この発明の実施の形態２である回転電機の相間接続導体が平行して配置された状態を示す要部の断面図である。
【図３】 この発明の実施の形態３である回転電機の相間接続導体が平行して配置された状態を示す要部の断面図である。
【図４】 この発明の実施の形態４である回転電機の相間接続導体が平行して配置された状態を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１、４、６、９；相間接続導体 ２；コーナ部分 ３；丸み部分
５；段付部分 ５ａ；辺部分 ７；主導体 ８；副導体 １０；カット部分
１０ａ；傾斜面部分 ２０；被覆絶縁物

Claims (4)

1. コイルエンドの背部空間にこのコイルエンドを取り巻くようにリング状に配置される回転電機の相間接続導体において、前記相間接続導体が四角形状の断面を有すると共に、そのコーナ部分が、渦電流が集中して流れるのを抑制するよう、少なくとも２ｍｍの半径を有する丸み部分を有した形状に形成されていることを特徴とする回転電機。
2. コイルエンドの背部空間にこのコイルエンドを取り巻くようにリング状に配置される回転電機の相間接続導体において、前記相間接続導体が四角形状の断面を有すると共に、そのコーナ部分が、渦電流が集中して流れるのを抑制するよう、少なくとも２ｍｍの辺長さを有する段付部分を有した形状に形成されていることを特徴とする回転電機。
3. 相間接続導体のコーナ部分に形成された段付部分は、寸法の異なる複数の導体を貼り合わせることによって形成されていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
4. コイルエンドの背部空間にこのコイルエンドを取り巻くようにリング状に配置される回転電機の相間接続導体において、前記相間接続導体が四角形状の断面を有すると共に、そのコーナ部分が、渦電流が集中して流れるのを抑制するよう、少なくとも２ｍｍの辺長さを有するカット部分を有した形状に形成されていることを特徴とする回転電機。

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