JP3955696B2 - 電気機械の高電圧巻き線用巻き線バー及び巻き線バーの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機械の分野に関する。本発明は、電気機械の高電圧巻き線、特にステーター巻き線用の巻き線バーに関し、該巻き線バーは、積み重なった複数の導体を備え、導体の束は断面が矩形で、外側を絶縁体で囲まれている。
この場合、導体は電気的に平行（バー巻き線）に配置し、又は直列に相互接続（コイル巻き線）することができる。しかし、通常の作動では、導体間の電圧は、バー絶縁体を横切る電圧より実質的に小さい。
本発明はまた、このような巻き線バーを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、回転する電気機械のステーターで使用される巻き線バーは、しばしば図１に示すような断面を有する。ステーターのラミネートされたコア12に設けられたスロット11内に挿入される巻き線バー10は、平行に配置された個々の導体13の束を備える。導体の束は、一般に矩形断面でエッジ15があり、全ての面を絶縁体14で囲まれる。この形状のため、エッジ15での電場は、巻き線バー10の平らな面の電場より強い。その結果、エッジ領域は、特に絶縁破壊又は故障の影響を受け易い。
【０００３】
スロットを導体材料で最もよく充填するため、またバー絶縁体を通じて最もよく熱を伝導するため、少なくとも面積が多いバーの平らな面上で可能な最も薄い絶縁体を達成する試みが行われた。従来の矩形断面の巻き線バーの場合の絶縁体14の製造は、例えば「シーケンス：電気機械の巻き線の製造」Springer-Verlag、1973年、128〜129頁に記述されている。これによれば、引張り強さと引き裂き抵抗を増すため、基板上にガラスファブリックでコーティングしたマイカ紙の細片が、バー即ち導体の束の周りに層の形で巻かれ、次に合成樹脂を含浸し、成形され、高温で硬化させる。この方法では、絶縁体14の厚さ（図１のｄ１）は、巻き線バー10の全ての平らな面でほぼ同じである。エッジ15において、理論的には同じ厚さｄ１である（図２の拡大部分断面図を参照）が、局所的に増加した接触圧力のため実際には薄くなる。この接触圧力は、細片が導体の束の周りに一定の速度で一定の巻き線張力で巻き回されるため生じる。同軸シリンダーの公式によれば、エッジ15における最大電界強度は、次式で表される。
【数１】
【０００４】
この場合、（図２によれば）Ｕは負荷電圧、ｒ１は絶縁体14の内側曲率半径、ｒ２は絶縁体14の外側曲率半径、ｄ*はエッジ15の領域で絶縁体14の厚さ（ｄ１に対して最も小さい）である。このことから、多くの製造方法では、技術的に容易な半径ｒ１≦3ｍｍの場合の電場は、平らな領域よりエッジ15で非常に強く、多くの製造方法の結果として、絶縁体厚さｄ*が減少して更に強まる。
特に連続的に電気負荷をかける場合は、増加した電場の効果が大きい。故障率ｔ-1は電場の増加により非線形的に増加するからである。大まかには、寿命ｔ（時間）と電場Ｅ（kV/mm）の間には次の指数の法則が当てはまる。
【数２】
ここに、ｔ0＝１時間、Ｅ0＝１kV/mmである。耐用年数指数ｎ＝8（従来の回転電気機械用の絶縁材料の場合、この値が多い）では、例えば電場が20％増加すると、耐用年数が１／４未満に短くなることを意味するが、逆に電場を20％増加させると、耐用年数は約6倍になる。
【０００５】
例えば、図１、２に示す一定厚さ（ｄ１＝ｄ*）から、外側輪郭（ｒ２＝０）の絶縁体にすることにより、エッジの電場を弱めることができる。ｄ１＝2.5ｍｍ、ｒ１＝2.5ｍｍの値で有限要素法に基づくコンピュータモデル計算を行うと、エッジ領域の最大電界強度ＥMAXが約11％減少し、これは耐用年数指数8の場合のコンピュータ計算による耐用年数の2.5倍の延長と対応する。この要因は、耐用年数指数が増加すると、比例的でなく増加する（例えば、ｎ＝12では、係数は4である）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、簡単な手段で、平らな側面領域の絶縁体の厚さを増加させることなく、エッジ領域の最大電界強度が著しく減少する新しい巻き線バーを提供し、またその製造方法を与えることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的は、初めに記述した巻き線バーのエッジ上の絶縁体の厚さが、巻き線バーの平らな面上の絶縁体の厚さより厚い巻き線バーにより達成される。エッジ領域で絶縁体の厚さを厚くすることにより、電場の力線が修正され、そのためエッジ部の電界強度が減少し望ましい。
本発明の第１実施例の巻き線バーでは、巻き線バーのエッジ上の絶縁体は内側曲線と外側曲率半径とを有し、外側曲率半径が、内側曲線と同等の内側曲率半径と、巻き線バーの平らな面上の絶縁体の厚さとの合計より小さい。外側曲率半径をゼロでないように保持することにより、エッジ領域の厚さの均一な変化が生じ、これは電場の分布と機械的安定性に好適である。
原則として、絶縁体に熱可塑性細片が使用されるときは、エッジ領域のこのような造形は巻いた絶縁体により達成される。しかし、第２実施例によれば、絶縁体は絶縁剤でできたフィラー粒子が分布する可塑性ポリマーからなり、造形は特に簡単になる。この好適な発展では、熱可塑性ポリマーとしてポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）が使用され、フィラー粒子としてマイカ板が使用される。ＰＥＥＫの代りに、ポリスルフォン（ＰＳＵ）、又はポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）等の他の材料を使用することもできる。
【０００８】
本発明の別の好適な実施例によれば、エッジ領域の絶縁体のエッジの電界強度を減らすのに使用する特別の造形は、絶縁体により囲まれる導体の束の導体に延び、少なくともエッジ領域に配置された導体がそれぞれ、個々に絶縁され、特に撚りワイヤーを備える。圧縮成形を使用して導体自体の形状を形作ることができ、そのためエッジ領域の絶縁体厚さがさらに増加する。この場合、ワイヤーは例えば丸いワイヤーとして成形することができるが、（小型ＲＯＥＢＥＬバーのように）正方形でもよい。
この実施例の好適な発展では、滑らかな外側輪郭を達成するため、ワイヤーの束は半導性の結合コンパウンドを含浸され、半導性の結合コンパウンドに結合するため、ワイヤーの束の少なくとも１つのワイヤーは、露出したままか又は露出される。こうして、ワイヤーの束の電場分布への好ましくない影響を最小にすることができる。別の実施例によれば、個々の導線の外側輪郭を滑らかにすることに加えて、導体の束の全体の外側輪郭を滑らかにすることができる。この場合、巻き線バーの導体が、相互に間隔をおき、その間隔に半導性の結合コンパウンドを充填し、これが、少なくとも断面で線形的でなく（バーの方向に）電圧を制限する作用を行うのが好ましい。
【０００９】
本発明による巻き線バーを製造する方法では、巻き線バーの絶縁体は主に熱可塑性樹脂からなり、絶縁体の形成後、巻き線バーは修正プロセスを行われる。このプロセスでは、絶縁体の変形可能な材料上に規定のエッジ輪郭が押付けられ、そのためエッジ輪郭によりエッジ領域で絶縁体の厚さが増加する。形成と造形のプロセスを切り離すことにより、２つの行程のステップを最適にし、同時に連続して行うことができる。この場合、本発明の第１実施例により、絶縁体が、粉末コーティングの範囲の方法、特にスプレー焼結、熱スプレー、及び押出し法により形成される場合は、絶縁体は、均一な層に形成することができ、有効に造形することができる。
本発明方法は、別の好適な実施例にしたがって、特に迅速で正確に行うことができる。修正プロセスを行う目的で、巻き線バーの中間面に平行でそこから固定した間隔で配置された修正ロールが、巻き線バーに対してその表面上を移動され、修正プロセス内で、追加のエッジローラーにより、規定の曲率半径が巻き線のエッジに押付けられる。
別の実施例は、従属する請求項による。
【００１０】
【発明の実施の形態及び実施例】
添付の図面を参照して、次の発明の詳細な説明を参照すれば、本発明をより完全に理解でき、利点を得ることができるであろう。
図面を参照すると、同じ参照番号は同じ又は対応する部分を示す。図３と４は、本発明の第１実施例の巻き線バーの断面図を示す。エッジ領域15における巻き線バー10の絶縁体14の厚さは、絶縁体14の外側の曲率半径ｒ３が、絶縁体14の内側(即ち導体13)の曲率半径ｒ１と、絶縁体の平らな面上の絶縁体の厚さｄ１（図3参照）との合計より小さくなるように選択され、エッジ領域の厚さが増加する。従来の図１、２と比較すると（図４では破線で示す）、絶縁体14のエッジ領域の厚さｄ２は、厚さｄ１より大きい。厚さｄ２は、ｒ３＝０の場合（絶縁体14が尖った外縁を有する）に最大になる。
【数３】
ｒ１＝2.5ｍｍ、ｄ１＝4ｍｍとすると、ｄ２MAX＝6.69ｍｍとなり、これはエッジ15で最大絶縁体厚さが平らな面のｄ１の値と比較して67％大きくなる。
【００１１】
回転電気機械の導体を作る絶縁体の製造方法としての巻き線と含浸プロセスにより開始し、絶縁体14の尖った外縁は、理論的には絶縁体を含浸させ硬化させていない状態で変形させることにより作ることが出来る。これは、絶縁体が流れることが出来ることを前提とする。しかし、通常使用されるマイカ細片のガラス基板は、引っ張りに非常に強いので、ガラス／マイカ細片が導電体バーの周りに非常に緩く巻かれている（巻き付け張力がほぼゼロに等しい）ときのみ、絶縁体の十分な流れが起こる。しかし、このような絶縁体は、細片層が非常に容易に裂けてひだを形成し、導体の束の均一な巻き線はもはや保証されない。しかし、均一な巻き線とすることは、同質で機能的な絶縁体の基本的な仮定条件である。
ガラス基板が使用されない絶縁体14の製造方法を選択することにより、十分に変形可能な絶縁体を作ることが出来る。この前提条件は、例えば、スプレー焼結と熱スプレーの粉末コーティング方法、押出し方法、導体の束が熱可塑性の細片と共に巻き付けられ次にホットプレスする方法（例えば、EP-A2-0 660 336を参照）により満たすことができる。この方法全てが必ずしもエッジで厚さを増加させる所望の効果をもたらすわけではない。さらに注意しなければ、エッジ15での絶縁体14の厚さが小さくなることは容易に考えられる。その結果、エッジを形作るのに別の処理ステップが要求される。別の必要な条件は、使用される絶縁コンパウンド、好ましくはポリマーが広い温度範囲で塑性的に変形できることである。
【００１２】
エッジ領域の絶縁コンパウンド（ポリマー）の目標とする変形は、図７と８に従い、スプレー後のすぐ後（熱スプレーの場合）、又は焼結後（スプレー焼結の場合）、絶縁体34のいわゆる修正により実現することができる。これは、図７に図式的に示すようにまだ変形可能な絶縁材料上に、絶縁体の平らな面上を修正ロール又は修正ローラーを案内することにより行われる。ベース26に塗布される絶縁コンパウンド27は、まだ気泡28と混合したフィラー粒子39（例えば、マイカ板）を含み、ベース26上に決められた間隔で回る修正ロール31により成形され、均一な厚さになる。
この方法の好適な実施例では、絶縁コンパウンドは、複数の薄い層を連続して塗布（スプレー）することにより形成される。次に、各スプレー動作の後、修正が実行される。この結果、存在する気泡28は絶縁体から押出され、短い繊維、又は板の形のフィラー粒子29は表面に平行な所望の方向付けられた方向を向く（図７の右側参照）。
【００１３】
実施例１
ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）とマイカの１：１の混合物を室温で、静電スプレー（スプレー焼結方法の変形）により矩形の導体（導体33）に塗布する。厚さ約0.2ｍｍの層が、全ての面に固着する。空気循環オーブンで加熱（380℃、10分）することにより、粉末のポリマー成分が融解する。その直後、巻き線バー32は端面と広い側面をそれぞれ反対側にある２つのロールの組（修正ロール35,36,37）により修正される（図８）。この場合、修正ロール35,36,37は、巻き線バー32の中間面41,42に平行に、そこから固定した間隔で配置される。熱が多く逃げ、ポリマーが速く固化するのを防ぐため、ローラーはガラス管又は熱伝導率が出来るだけ低く熱に安定な材料でできているのが好ましい。巻き線バー32を固定修正ロール35,36,37の間に案内する（図８の矢印方向）、又は固定したバーの上にロールを案内する（ロボット又は巻き線機械の考え）ことにより、修正を行うことができる。
【００１４】
実施例２
実施例１と同様であるが、加熱した修正ロール35,36,37を使用する。この場合、ロールの温度は約330℃である。
実施例３
ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）とマイカの１：１の混合物を室温で、火炎スプレーにより、所望の最終厚さまで矩形の導体に塗布する。この場合、導体は約180℃まで予備加熱される。実施例1と２に従って修正が行われる。
実施例４
実施例３と同様であるが、1回の通過で最終厚さにするのでなく、スプレーと修正を繰り返すことにより、約0.2ｍｍの厚さの薄い層を重ねる。実施例3と異なり、この方法によると、マイカ板が表面に平行な所望の方向を向き、絶縁体の気泡の量が実質的にゼロになるという利点がある。
【００１５】
実施例５
実施例４と同様であるが、巻き線バー32の平らな面に加えて、エッジ40も特別のエッジローラー38,39で修正される。このエッジローラーは、修正ロール35,36,37の下流に配置されるのが好ましい。絶縁体34の外側曲率半径（図４のｒ３）が決められ、その結果マイカ板がエッジ領域で整列する。
実施例６
実施例１から５と同様であるが、ＰＥＥＫ／マイカ混合物の代りに、ＰＥＥＫ／マイカコンパウンドが処理される。
実施例７
30容量％のマイカを充填したポリスルフォン（ＰＵＳ）からなる細片が、矩形の導体の周りの巻き付けられる。巻き付けられた細片の層の数は、所望の絶縁体厚さより、5〜10％大きくなるようにする。巻き付け後、加熱したロールを使用して実施例2にしたがって修正を行う。この場合、ロールの温度は約250℃である。
【００１６】
本発明による巻き線バーの別の好適な実施例を図５と６に示す。ステーターのラミネートされたコア18のスロット17内に挿入される巻き線バー16は、絶縁体22に囲まれた複数の導体19,20,21を備える。少なくとも外側の導体19,21、好ましくは他の導体20も、撚り絶縁ワイヤ25を備えるのが好ましい。外側の導体19,21は、電場理論の原則により、丸められる（ロゴウスキー輪郭）（曲率半径ｒ５）。導体19,21の丸めは、ワイヤー25に構造化することにより簡単にされる。平らな面（図５）上の厚さｄ３と比較して、導体19,21の丸めにより、エッジ23領域で厚さｄ４が増加する（図６）。これは曲率半径ｒ４を絶縁体22の外端部でさらに小さくすることにより、さらに厚さを増加することができる。この場合、巻き線バー16の狭い側の最小厚さｄ５は、次式により求めることができる。
【数４】
Ｕは作動電圧、Ｅzulは可能な最大電界強度である。
ｄ５については、
【数５】
ここに、
α＝２・ｒ５＋２・ｄ５
【００１７】
式を相互に置き換え、ｄ５について解くと、厚さｄ５をｄ３の関数として計算することができる。円形の構成は、例により特定される。正確には円形でない導体19,21の曲線輪郭を使用して、電界強度をさらに最適化することができる。
電界強度に関してより好ましいように、絶縁体22の導体の束19,20,21の平らな外側輪郭を達成するため、導体19,20,21間の空間24は、半導性の架橋コンパウンドを充填することができる。「グリーン」のバー、即ち絶縁体22に埋め込まれる前の導体の束、に半導性のコーティングが設けられるとき、かなりの効果が現れる。半導性の架橋コンパウンド又は半導性のコーティングが、電気的に線形でない性質を示す材料でできていると、さらに導体19,20,21間に電圧衝撃波を線形に分配することができる。
【００１８】
導体のＣＵ成分をできるだけ高く保つため、導体19,20,21を備えるワイヤー25が撚りの後プレスで圧縮されれば、更に改善される。特に、ワイヤー25を備える導体が、型でプレスされ、半導性の結合コンパウンドを含浸すれば、電気的性質が好ましい。この結果、平らな外側輪郭になり、これは電界強度を最大にするのに重要である。少なくとも１つの丸いワイヤーを露出しておくことにより、半導性の結合コンパウンドに結合することが好ましい。
明らかに、上述の教示から本発明の多くの改変と変形が可能である。それゆえ、特許請求の範囲の中でここに記述した以外の方法で本発明を実施できることが理解できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の、ほぼ一定の厚さｄ１の巻いた絶縁体を有し、ステータースロット内に挿入された巻き線バーの断面図である。
【図２】 図１の巻き線バーのエッジ領域の断面図である。
【図３】 本発明の第１実施例による図１と比較した断面図であり、エッジにおける絶縁体の外側曲率半径ｒ３を小さくすることにより、この領域で絶縁体の厚さが大きくなっている。
【図４】 図２に対応する図３のエッジ部分の図である。
【図５】 本発明の第２実施例による図３に対応する断面図であり、エッジ領域の絶縁体厚さを更に厚くするため、隣接する導体がさらに丸くされている。
【図６】 図４に対応する図５のエッジ部分の図である。
【図７】 本発明の修正動作中に起こる効果の概略図である。
【図８】 本発明方法を使用する修正プロセスの実施例の斜視図である。
【符号の説明】
10,16 巻き線バー
11,17 スロット
12,18 ステーターのラミネートしたコア
13 導体
14,22 絶縁体
15,23 エッジ
19,20,21 導体
24 空間
25 丸めたワイヤー
26 ベース
27 絶縁コンパウンド
28 気泡
29 フィラー粒子
30 表面
31 修正ロール
32 巻き線バー
33 導体
34 絶縁体
35,36,37 修正ロール
38,39 エッジローラー
40 エッジ
41,42 中間面
ｒ１,..,ｒ５ 曲率半径
ｄ*,ｄ１,..,ｄ５ 厚さ（絶縁体）
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機械の分野に関する。本発明は、電気機械の高電圧巻き線、特にステーター巻き線用の巻き線バーに関し、該巻き線バーは、積み重なった複数の導体を備え、導体の束は断面が矩形で、外側を絶縁体で囲まれている。
この場合、導体は電気的に平行（バー巻き線）に配置し、又は直列に相互接続（コイル巻き線）することができる。しかし、通常の作動では、導体間の電圧は、バー絶縁体を横切る電圧より実質的に小さい。
本発明はまた、このような巻き線バーを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、回転する電気機械のステーターで使用される巻き線バーは、しばしば図１に示すような断面を有する。ステーターのラミネートされたコア12に設けられたスロット11内に挿入される巻き線バー10は、平行に配置された個々の導体13の束を備える。導体の束は、一般に矩形断面でエッジ15があり、全ての面を絶縁体14で囲まれる。この形状のため、エッジ15での電場は、巻き線バー10の平らな面の電場より強い。その結果、エッジ領域は、特に絶縁破壊又は故障の影響を受け易い。
【０００３】
スロットを導体材料で最もよく充填するため、またバー絶縁体を通じて最もよく熱を伝導するため、少なくとも面積が多いバーの平らな面上で可能な最も薄い絶縁体を達成する試みが行われた。従来の矩形断面の巻き線バーの場合の絶縁体14の製造は、例えば「シーケンス：電気機械の巻き線の製造」Springer-Verlag、1973年、128〜129頁に記述されている。これによれば、引張り強さと引き裂き抵抗を増すため、基板上にガラスファブリックでコーティングしたマイカ紙の細片が、バー即ち導体の束の周りに層の形で巻かれ、次に合成樹脂を含浸し、成形され、高温で硬化させる。この方法では、絶縁体14の厚さ（図１のｄ１）は、巻き線バー10の全ての平らな面でほぼ同じである。エッジ15において、理論的には同じ厚さｄ１である（図２の拡大部分断面図を参照）が、局所的に増加した接触圧力のため実際には薄くなる。この接触圧力は、細片が導体の束の周りに一定の速度で一定の巻き線張力で巻き回されるため生じる。同軸シリンダーの公式によれば、エッジ15における最大電界強度は、次式で表される。
【数１】
この場合、（図２によれば）Ｕは負荷電圧、ｒ１は絶縁体14の内側曲率半径、ｒ２は絶縁体14の外側曲率半径、ｄ*はエッジ15の領域で絶縁体14の厚さ（ｄ１に対して最も小さい）である。このことから、多くの製造方法では、技術的に容易な半径ｒ１≦3ｍｍの場合の電場は、平らな領域よりエッジ15で非常に強く、多くの製造方法の結果として、絶縁体厚さｄ*が減少して更に強まる。
特に連続的に電気負荷をかける場合は、増加した電場の効果が大きい。故障率ｔ-1は電場の増加により非線形的に増加するからである。大まかには、寿命ｔ（時間）と電場Ｅ（kV/mm）の間には次の指数の法則が当てはまる。
【数２】
【０００５】
例えば、図１、２に示す一定厚さ（ｄ１＝ｄ*）から、外側輪郭（ｒ２＝０）の絶縁体にすることにより、エッジの電場を弱めることができる。ｄ１＝2.5ｍｍ、ｒ１＝2.5ｍｍの値で有限要素法に基づくコンピュータモデル計算を行うと、エッジ領域の最大電界強度ＥMAXが約11％減少し、これは耐用年数指数8の場合のコンピュータ計算による耐用年数の2.5倍の延長と対応する。この要因は、耐用年数指数が増加すると、比例的でなく増加する（例えば、ｎ＝12では、係数は4である）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の目的は、簡単な手段で、平らな側面領域の絶縁体の厚さを増加させることなく、エッジ領域の最大電界強度が著しく減少する新しい巻き線バーを提供し、またその製造方法を与えることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的は、初めに記述した巻き線バーのエッジ上の絶縁体の厚さが、巻き線バーの平らな面上の絶縁体の厚さより厚い巻き線バーにより達成される。エッジ領域で絶縁体の厚さを厚くすることにより、電場の力線が修正され、そのためエッジ部の電界強度が減少し望ましい。
本発明の第１実施例の巻き線バーでは、巻き線バーのエッジ上の絶縁体は内側曲線と外側曲率半径とを有し、外側曲率半径が、内側曲線と同等の内側曲率半径と、巻き線バーの平らな面上の絶縁体の厚さとの合計より小さい。外側曲率半径をゼロでないように保持することにより、エッジ領域の厚さの均一な変化が生じ、これは電場の分布と機械的安定性に好適である。
原則として、絶縁体に熱可塑性細片が使用されるときは、エッジ領域のこのような造形は巻いた絶縁体により達成される。しかし、第２実施例によれば、絶縁体は絶縁剤でできたフィラー粒子が分布する可塑性ポリマーからなり、造形は特に簡単になる。この好適な発展では、熱可塑性ポリマーとしてポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）が使用され、フィラー粒子としてマイカ板が使用される。ＰＥＥＫの代りに、ポリスルフォン（ＰＳＵ）、又はポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）等の他の材料を使用することもできる。
【０００８】
本発明の別の好適な実施例によれば、エッジ領域の絶縁体のエッジの電界強度を減らすのに使用する特別の造形は、絶縁体により囲まれる導体の束の導体に延び、少なくともエッジ領域に配置された導体がそれぞれ、個々に絶縁され、特に撚りワイヤーを備える。圧縮成形を使用して導体自体の形状を形作ることができ、そのためエッジ領域の絶縁体厚さがさらに増加する。この場合、ワイヤーは例えば丸いワイヤーとして成形することができるが、（小型ＲＯＥＢＥＬバーのように）正方形でもよい。
この実施例の好適な発展では、滑らかな外側輪郭を達成するため、ワイヤーの束は半導性の結合コンパウンドを含浸され、半導性の結合コンパウンドに結合するため、ワイヤーの束の少なくとも１つのワイヤーは、露出したままか又は露出される。こうして、ワイヤーの束の電場分布への好ましくない影響を最小にすることができる。別の実施例によれば、個々の導線の外側輪郭を滑らかにすることに加えて、導体の束の全体の外側輪郭を滑らかにすることができる。この場合、巻き線バーの導体が、相互に間隔をおき、その間隔に半導性の結合コンパウンドを充填し、これが、少なくとも断面で線形的でなく（バーの方向に）電圧を制限する作用を行うのが好ましい。
【０００９】
本発明による巻き線バーを製造する方法では、巻き線バーの絶縁体は主に熱可塑性樹脂からなり、絶縁体の形成後、巻き線バーは修正プロセスを行われる。このプロセスでは、絶縁体の変形可能な材料上に規定のエッジ輪郭が押付けられ、そのためエッジ輪郭によりエッジ領域で絶縁体の厚さが増加する。形成と造形のプロセスを切り離すことにより、２つの行程のステップを最適にし、同時に連続して行うことができる。この場合、本発明の第１実施例により、絶縁体が、粉末コーティングの範囲の方法、特にスプレー焼結、熱スプレー、及び押出し法により形成される場合は、絶縁体は、均一な層に形成することができ、有効に造形することができる。
本発明方法は、別の好適な実施例にしたがって、特に迅速で正確に行うことができる。修正プロセスを行う目的で、巻き線バーの中間面に平行でそこから固定した間隔で配置された修正ロールが、巻き線バーに対してその表面上を移動され、修正プロセス内で、追加のエッジローラーにより、規定の曲率半径が巻き線のエッジに押付けられる。
別の実施例は、従属する請求項による。
【００１０】
【発明の実施の形態及び実施例】
添付の図面を参照して、次の発明の詳細な説明を参照すれば、本発明をより完全に理解でき、利点を得ることができるであろう。
図面を参照すると、同じ参照番号は同じ又は対応する部分を示す。図３と４は、本発明の第１実施例の巻き線バーの断面図を示す。エッジ領域15における巻き線バー10の絶縁体14の厚さは、絶縁体14の外側の曲率半径ｒ３が、絶縁体14の内側(即ち導体13)の曲率半径ｒ１と、絶縁体の平らな面上の絶縁体の厚さｄ１（図3参照）との合計より小さくなるように選択され、エッジ領域の厚さが増加する。従来の図１、２と比較すると（図４では破線で示す）、絶縁体14のエッジ領域の厚さｄ２は、厚さｄ１より大きい。厚さｄ２は、ｒ３＝０の場合（絶縁体14が尖った外縁を有する）に最大になる。
【数３】
【００１１】
回転電気機械の導体を作る絶縁体の製造方法としての巻き線と含浸プロセスにより開始し、絶縁体14の尖った外縁は、理論的には絶縁体を含浸させ硬化させていない状態で変形させることにより作ることが出来る。これは、絶縁体が流れることが出来ることを前提とする。しかし、通常使用されるマイカ細片のガラス基板は、引っ張りに非常に強いので、ガラス／マイカ細片が導電体バーの周りに非常に緩く巻かれている（巻き付け張力がほぼゼロに等しい）ときのみ、絶縁体の十分な流れが起こる。しかし、このような絶縁体は、細片層が非常に容易に裂けてひだを形成し、導体の束の均一な巻き線はもはや保証されない。しかし、均一な巻き線とすることは、同質で機能的な絶縁体の基本的な仮定条件である。
ガラス基板が使用されない絶縁体14の製造方法を選択することにより、十分に変形可能な絶縁体を作ることが出来る。この前提条件は、例えば、スプレー焼結と熱スプレーの粉末コーティング方法、押出し方法、導体の束が熱可塑性の細片と共に巻き付けられ次にホットプレスする方法（例えば、EP-A2-0 660 336を参照）により満たすことができる。この方法全てが必ずしもエッジで厚さを増加させる所望の効果をもたらすわけではない。さらに注意しなければ、エッジ15での絶縁体14の厚さが小さくなることは容易に考えられる。その結果、エッジを形作るのに別の処理ステップが要求される。別の必要な条件は、使用される絶縁コンパウンド、好ましくはポリマーが広い温度範囲で塑性的に変形できることである。
【００１２】
エッジ領域の絶縁コンパウンド（ポリマー）の目標とする変形は、図７と８に従い、スプレー後のすぐ後（熱スプレーの場合）、又は焼結後（スプレー焼結の場合）、絶縁体34のいわゆる修正により実現することができる。これは、図７に図式的に示すようにまだ変形可能な絶縁材料上に、絶縁体の平らな面上を修正ロール又は修正ローラーを案内することにより行われる。ベース26に塗布される絶縁コンパウンド27は、まだ気泡28と混合したフィラー粒子39（例えば、マイカ板）を含み、ベース26上に決められた間隔で回る修正ロール31により成形され、均一な厚さになる。
この方法の好適な実施例では、絶縁コンパウンドは、複数の薄い層を連続して塗布（スプレー）することにより形成される。次に、各スプレー動作の後、修正が実行される。この結果、存在する気泡28は絶縁体から押出され、短い繊維、又は板の形のフィラー粒子29は表面に平行な所望の方向付けられた方向を向く（図７の右側参照）。
【００１３】
実施例１
ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）とマイカの１：１の混合物を室温で、静電スプレー（スプレー焼結方法の変形）により矩形の導体（導体33）に塗布する。厚さ約0.2ｍｍの層が、全ての面に固着する。空気循環オーブンで加熱（380℃、10分）することにより、粉末のポリマー成分が融解する。その直後、巻き線バー32は端面と広い側面をそれぞれ反対側にある２つのロールの組（修正ロール35,36,37）により修正される（図８）。この場合、修正ロール35,36,37は、巻き線バー32の中間面41,42に平行に、そこから固定した間隔で配置される。熱が多く逃げ、ポリマーが速く固化するのを防ぐため、ローラーはガラス管又は熱伝導率が出来るだけ低く熱に安定な材料でできているのが好ましい。巻き線バー32を固定修正ロール35,36,37の間に案内する（図８の矢印方向）、又は固定したバーの上にロールを案内する（ロボット又は巻き線機械の考え）ことにより、修正を行うことができる。
【００１４】
実施例２
実施例１と同様であるが、加熱した修正ロール35,36,37を使用する。この場合、ロールの温度は約330℃である。
実施例３
ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）とマイカの１：１の混合物を室温で、火炎スプレーにより、所望の最終厚さまで矩形の導体に塗布する。この場合、導体は約180℃まで予備加熱される。実施例1と２に従って修正が行われる。
実施例４
実施例３と同様であるが、1回の通過で最終厚さにするのでなく、スプレーと修正を繰り返すことにより、約0.2ｍｍの厚さの薄い層を重ねる。実施例3と異なり、この方法によると、マイカ板が表面に平行な所望の方向を向き、絶縁体の気泡の量が実質的にゼロになるという利点がある。
【００１５】
実施例５
実施例４と同様であるが、巻き線バー32の平らな面に加えて、エッジ40も特別のエッジローラー38,39で修正される。このエッジローラーは、修正ロール35,36,37の下流に配置されるのが好ましい。絶縁体34の外側曲率半径（図４のｒ３）が決められ、その結果マイカ板がエッジ領域で整列する。
実施例６
実施例１から５と同様であるが、ＰＥＥＫ／マイカ混合物の代りに、ＰＥＥＫ／マイカコンパウンドが処理される。
実施例７
30容量％のマイカを充填したポリスルフォン（ＰＵＳ）からなる細片が、矩形の導体の周りの巻き付けられる。巻き付けられた細片の層の数は、所望の絶縁体厚さより、5〜10％大きくなるようにする。巻き付け後、加熱したロールを使用して実施例2にしたがって修正を行う。この場合、ロールの温度は約250℃である。
【００１６】
本発明による巻き線バーの別の好適な実施例を図５と６に示す。ステーターのラミネートされたコア18のスロット17内に挿入される巻き線バー16は、絶縁体22に囲まれた複数の導体19,20,21を備える。少なくとも外側の導体19,21、好ましくは他の導体20も、撚り絶縁ワイヤ25を備えるのが好ましい。外側の導体19,21は、電場理論の原則により、丸められる（ロゴウスキー輪郭）（曲率半径ｒ５）。導体19,21の丸めは、ワイヤー25に構造化することにより簡単にされる。平らな面（図５）上の厚さｄ３と比較して、導体19,21の丸めにより、エッジ23領域で厚さｄ４が増加する（図６）。これは曲率半径ｒ４を絶縁体22の外端部でさらに小さくすることにより、さらに厚さを増加することができる。この場合、巻き線バー16の狭い側の最小厚さｄ５は、次式により求めることができる。
【数４】
ｄ５については、
【数５】
α＝２・ｒ５＋２・ｄ５
【００１７】
式を相互に置き換え、ｄ５について解くと、厚さｄ５をｄ３の関数として計算することができる。円形の構成は、例により特定される。正確には円形でない導体19,21の曲線輪郭を使用して、電界強度をさらに最適化することができる。
電界強度に関してより好ましいように、絶縁体22の導体の束19,20,21の平らな外側輪郭を達成するため、導体19,20,21間の空間24は、半導性の架橋コンパウンドを充填することができる。「グリーン」のバー、即ち絶縁体22に埋め込まれる前の導体の束、に半導性のコーティングが設けられるとき、かなりの効果が現れる。半導性の架橋コンパウンド又は半導性のコーティングが、電気的に線形でない性質を示す材料でできていると、さらに導体19,20,21間に電圧衝撃波を線形に分配することができる。
【００１８】
導体のＣＵ成分をできるだけ高く保つため、導体19,20,21を備えるワイヤー25が撚りの後プレスで圧縮されれば、更に改善される。特に、ワイヤー25を備える導体が、型でプレスされ、半導性の結合コンパウンドを含浸すれば、電気的性質が好ましい。この結果、平らな外側輪郭になり、これは電界強度を最大にするのに重要である。少なくとも１つの丸いワイヤーを露出しておくことにより、半導性の結合コンパウンドに結合することが好ましい。
明らかに、上述の教示から本発明の多くの改変と変形が可能である。それゆえ、特許請求の範囲の中でここに記述した以外の方法で本発明を実施できることが理解できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の、ほぼ一定の厚さｄ１の巻いた絶縁体を有し、ステータースロット内に挿入された巻き線バーの断面図である。
【図２】 図１の巻き線バーのエッジ領域の断面図である。
【図３】 本発明の第１実施例による図１と比較した断面図であり、エッジにおける絶縁体の外側曲率半径ｒ３を小さくすることにより、この領域で絶縁体の厚さが大きくなっている。
【図４】 図２に対応する図３のエッジ部分の図である。
【図５】 本発明の第２実施例による図３に対応する断面図であり、エッジ領域の絶縁体厚さを更に厚くするため、隣接する導体がさらに丸くされている。
【図６】 図４に対応する図５のエッジ部分の図である。
【図７】 本発明の修正動作中に起こる効果の概略図である。
【図８】 本発明方法を使用する修正プロセスの実施例の斜視図である。
【符号の説明】
10,16 巻き線バー
11,17 スロット
12,18 ステーターのラミネートしたコア
13 導体
14,22 絶縁体
15,23 エッジ
19,20,21 導体
24 空間
25 丸めたワイヤー
26 ベース
27 絶縁コンパウンド
28 気泡
29 フィラー粒子
30 表面
31 修正ロール
32 巻き線バー
33 導体
34 絶縁体
35,36,37 修正ロール
38,39 エッジローラー
40 エッジ
41,42 中間面
ｒ１,..,ｒ５ 曲率半径
ｄ*,ｄ１,..,ｄ５ 厚さ（絶縁体）
Claims (20)
- 電気機械の高電圧巻き線特にステーター巻き線用の巻き線バーで、積み重なった複数の導体(13;19,..,21;33)を備え、導体の束は断面が矩形で、外側を絶縁体(14,22,34)で囲まれている巻き線バー(10,16,32)において、前記巻き線バー(10,16,32)のエッジ(15,23,40)における絶縁体(14,22,34)の厚さ(ｄ2,ｄ4)が、前記巻き線バー(10,16,32)の平らな面における前記絶縁体(14,22,34)の厚さ(ｄ1,ｄ3)より大きく、
前記巻き線バー (10,16,32) の前記エッジ (15,23,40) 上の前記絶縁体 (14,22,34) は、内側曲線形状 ( ｒ 1, ｒ 5) と外側曲率半径 ( ｒ 3, ｒ 4) とを有し、前記外側曲率半径 ( ｒ 3, ｒ 4) が、前記内側曲線形状と同等の内側曲率半径 ( ｒ 1, ｒ 5) と前記巻き線バー (10,16,32) の平らな面上の前記絶縁体 (14,22,34) の厚さ ( ｄ 1, ｄ 3) との合計より小さいことを特徴とする巻き線バー。 - 請求項１に記載した巻き線バーであって、前記内側曲線形状(ｒ1,ｒ5)が円形である巻き線バー。
- 請求項１に記載した巻き線バーであって、前記内側曲線形状(ｒ1,ｒ5)が電場を最適にする巻き線バー。
- 請求項１に記載した巻き線バーであって、前記絶縁体(14,22,34)は、絶縁剤でできたフィラー粒子(29)が分布した熱可塑性ポリマーからなる巻き線バー。
- 請求項４に記載した巻き線バーであって、前記熱可塑性ポリマーとして、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ（登録商標））が使用され、前記フィラー粒子(29)としてマイカ板が使用される巻き線バー。
- 請求項１から５の何れか１項に記載した巻き線バーであって、少なくとも前記エッジ(23)領域に配置された前記導体(19,21)は、それぞれ個々に絶縁され特に撚りワイヤーの束(25)を備える巻き線バー。
- 請求項６に記載した巻き線バーであって、滑らかな外側輪郭を実現するため、前記ワイヤーの束(25)に半導性の結合コンパウンドを含浸した巻き線バー。
- 請求項１から７の何れか１項に記載した巻き線バーであって、前記巻き線バー(10,16,32)の前記導体(13;19,..,21;33)は、相互に空間(24)により間をおき、滑らかな外側輪郭を実現するため、前記空間(24)に半導性の結合コンパウンドを充填した巻き線バー。
- 請求項７に記載した巻き線バーであって、前記半導性の結合コンパウンドに結合するため、前記ワイヤーの束(25)の少なくとも１つのワイヤー(25)は、露出しているか露出される巻き線バー。
- 請求項８に記載した巻き線バーであって、前記バーの方向において、前記半導性の架橋コンパウンドは、少なくとも断面において電圧を制限する性質を示す巻き線バー。
- 電気機械の高電圧巻き線特にステーター巻き線用の巻き線バーで、積み重なった複数の導体 (13;19,..,21;33) を備え、導体の束は断面が矩形で、外側を絶縁体 (14,22,34) で囲まれている巻き線バー (10,16,32) において、前記巻き線バー (10,16,32) のエッジ (15,23,40) における絶縁体 (14,22,34) の厚さ ( ｄ 2, ｄ 4) が、前記巻き線バー (10,16,32) の平らな面における前記絶縁体 (14,22,34) の厚さ ( ｄ 1, ｄ 3) より大きい巻き線バーの製造方法において、
前記巻き線バー(10,16,32)の絶縁体(14,22,34)は、主に熱可塑性樹脂からなり、前記絶縁体(14,22,34)の形成後、前記巻き線バー(10,16,32)は修正プロセスを行われ、前記絶縁体(14,22,34)の変形可能材料上に規定のエッジ輪郭が押付けられ、エッジ輪郭によりエッジ(40)領域で前記絶縁体(14,22,34)の厚さ(ｄ2,ｄ4)が増加することを特徴とする方法。 - 請求項１１に記載した巻き線バーの製造方法であって、前記絶縁体(14,22,34)は、粉末コーティング方法、特にスプレー焼結又は熱スプレー、及び押出し方法の範囲の方法により、形成される方法。
- 請求項１２に記載した巻き線バーの製造方法であって、前記絶縁体(14,22,34)は、複数の層、特に1ｍｍより小さい好ましくは約0.2ｍｍの薄い層で順に形成される方法。
- 請求項１３に記載した巻き線バーの製造方法であって、個々の層を形成した後、前記修正プロセスが行われる方法。
- 請求項１１から１４の何れか１項に記載した巻き線バーの製造方法であって、前記修正プロセスを行うため、前記巻き線バー(10,16,32)の中間面(41,42)に平行でそこから固定した間隔で配置された修正ロール(35,36,37)が、前記巻き線バー(10,16,32)に対してその表面(30)上を移動する方法。
- 請求項１５に記載した巻き線バーの製造方法であって、前記修正プロセス中に、前記巻き線バー(10,16,32)の前記エッジ(15,23,40)に、別のエッジローラー(38,39)により、規定の曲率半径(ｒ3,ｒ4)が押付けられる方法。
- 請求項１６に記載した巻き線バーの製造方法であって、前記エッジローラー(ｒ3,ｒ4)は、行程の方向で前記修正ロール(35,36,37)の下流に配置された方法。
- 請求項１１から１７の何れか１項に記載した巻き線バーの製造方法であって、前記絶縁体(14,22,34)は高温で形成され、前記修正プロセスは、形成された前記絶縁体(14,22,34)が高温にある間に実行される方法。
- 請求項１８に記載した巻き線バーの製造方法であって、低熱伝導率の材料特にガラスでできた修正ロール(35,36,37)又は修正ロール(38,39)を使用する方法。
- 請求項１８に記載した巻き線バーの製造方法であって、修正プロセス中温度を高くするため、加熱された修正ロール(35,36,37)又は修正ローラー(38,39)を使用する方法。
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