JP4596244B2

JP4596244B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP4596244B2
Application number: JP2004272091A
Authority: JP
Inventors: 美勝中村
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2024-09-17
Also published as: JP2006087273A; CN100407553C; CN101242120B; CN1750361A; CN101242120A

Description

本発明は、発電機や電動機等として用いられる回転電機に関する。

回転電機は、一般的に、筒状のフレームと、前記フレームの内周面に固定した固定子と、前記フレームの軸方向両端面に取り付けたブラケットと、前記固定子の内周面と径方向の空隙を介して対向するようにして、前記ブラケットに、軸受を介して回転自在に支持した回転子とを備え、前記固定子が、前記フレームの内周面に固定され、複数のティースとスロットを有する薄板鋼板を積層して形成された固定子鉄心と、絶縁材料のスロットライナ及びウェッジにより形成され、前記スロット内に装着されたスロット絶縁と、電線を前記スロット内に通し、前記固定子鉄心の両端部から、相間絶縁紙が装着されたコイルエンドが突出するようにして前記ティースに複数回巻回して形成され、かつ樹脂処理された固定子コイルとを有して構成されている。
図５は、回転電機の固定子を示す図で、（ａ）は回転電機の正断面図、（ｂ）はＡ部の拡大図である。
図５（ａ），（ｂ）において、３１は回転子鉄心、３２は回転軸、３４は空気ギャップ、４１は固定子鉄心、４２はティース、４３はスロット、４４は電線、４５はスロットライナ、４８はウェッジである。
固定子としては、スロット４３に、対地間絶縁としてスロットライナ４５が装着された後、電線４４が、次いでウェッジ４８が装着されて製作される。なお、スロットライナ４５は、わかりやすくするために幅を広くして描いている。
ここで、前記スロットライナ４５は、耐熱性、電気絶縁性、機械的強度、耐環境性、及び作業性の点において優れる有機の電気絶縁シートである。具体的には全芳香族ポリアミド紙や電気絶縁用ポリエステルフィルム、電気絶縁用ポリエステルフィルムの両面に全芳香族ポリアミド紙を接着剤で貼り合わせた全芳香族ポリアミド紙／電気絶縁用ポリエステルフィルム貼り合わせシート等が用いられる。
また、前記スロットライナ４５は、放電劣化による固定子コイルの焼損を防止する役目があるが、前記電気絶縁シートは有機材料であるために、部分放電による絶縁劣化の進展速度が大変速く（耐放電劣化性に弱く）、このため放電が発生しない条件下で使用する必要がある。つまり、前記スロットライナ４５の厚さは、対地間に印加される電圧（対地間電圧）において部分放電を生じないよう、対地間電圧よりも放電電圧が高くなるように厚くしている。なお、前記対地間電圧は、回転電機がインバータ駆動される時、インバータ素子のスイッチングにより発生するサージ電圧が重畳されて最大２倍程度に高くなることがあり、この場合も考慮される。しかし、微小放電まで含めて確実に放電しない厚さとするには、かなり厚くする必要があり、スロットライナ４５の挿入時間の増加や電線の占積率の低下を招く。また、前記スロットライナ４５の厚さが製造時の加工劣化により不足した場合や、雷等の高く予期せぬサージ電圧の侵入、絶縁材料の熱劣化による厚さの減少等により、将来部分放電を生じてしまうことが懸念される。
このように、基本的には放電が発生しない設計を行う必要があるが、もし放電が生じても放電劣化を抑制できる構造になっていれば、短時間で固定子コイルが焼損することを防止でき、回転電機としての寿命を延ばすことができる。
そこで、従来の回転電機では、図６に示すように、スロットライナを、部分放電による絶縁劣化に強い無機材料で構成している（特許文献１）。
図６において、１０はコア、１２は歯、１４はスロット、１６は導線、１８はスロットライナ、２０は内層（集成マイカ絶縁シート）、２２は中層（剥がしマイカ絶縁シート）、２４は外層（集成マイカ絶縁シート）、２５はウェッジである。スロットライナとしては、剥がしマイカ絶縁シートの両面に集成マイカ絶縁シートを重ね合わせた構造としている。このように、無機材料を用いていることで、スロットライナの厚さの増加を最小限に抑えながら、部分放電による絶縁劣化を最小限に防止することができる。また、剥がしマイカと集成マイカを組み合わせることにより、剥がしマイカの長所を使って比較的耐熱性や耐電圧特性に優れ、集成マイカの長所を使って比較的柔軟性を有していて曲げても折れにくいという特性を合わせもったスロットライナとしている。
特開２００３−１０９８１５号公報（第３頁、図２）

従来の回転電機は、スロットライナを無機の絶縁材料であるマイカシートで構成したものであるため、スロットへの挿入時にティースの角部でこすり、傷ついて穴があいたり裂けたりマイカ粉が多量に脱落したりして必要な絶縁厚さが確保できなくなり、耐電圧特性が低下することが懸念される。スロットの底部では曲げて挿入されることになるが、マイカシートは曲げに弱くて割れやすく、このことからも耐電圧特性が低下することが懸念される。柔軟性が乏しいためにスロットの形状になじみにくく、電線を全て挿入するには常に開口部から押さえながらの作業となる。また、価格が高くなるという問題点があった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、スロットライナとして、スロットへの挿入時に傷つくことなく、曲げにより割れることなく、スロットの形状になじんで電線の挿入作業性が低下することなく、価格上昇も抑えて、部分放電による絶縁劣化を抑制することができる回転電機を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、固定子と回転子とからなる回転電機であって、前記固定子が、複数のティースとスロットとを有する固定子鉄心と、前記スロット内に装着されたスロットライナと、電線を前記スロットライナ上から前記ティースに巻回して形成された固定子コイルとを備え、前記スロットライナは、集成マイカ絶縁シートの一方の面に電気絶縁用ポリエステルフィルムを、他方の面に全芳香族ポリアミド紙を重ね合わせて構成されていることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の回転電機において、前記スロットライナは、前記電気絶縁用ポリエステルフィルムが前記電線に当接し、前記全芳香族ポリアミド紙が前記ティースに当接するように構成されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、次のような効果がある。
請求項１に記載の発明によると、スロットライナは、集成マイカ絶縁シートの両面に有機の電気絶縁シートを重ね合わせているので、スロットへの挿入時に傷つくことなく、曲げにより割れることなく、スロットの形状になじんで電線の挿入作業性が低下することなく、価格上昇も抑えて、部分放電による絶縁劣化を抑制することができる。
また、前記スロットライナは、重ね合わせの中央を集成マイカ絶縁シートとしているので、さらに曲げやすく、スロットの形状になじみやすいものとすることができる。
さらに、前記スロットライナは、両面に重ね合わせる有機の電気絶縁シートを異なる材質である電気絶縁用ポリエステルフィルムと全芳香族ポリアミド紙にしているので、各々の電気絶縁シートの特徴を生かしたものとすることができる。
また、請求項２に記載の発明によると、前記スロットライナは、前記電気絶縁用ポリエステルフィルムが前記電線に当接し、前記全芳香族ポリアミド紙が前記ティースに当接するように構成されているので、電気絶縁用ポリエステルフィルムの絶縁破壊電圧が高いという長所を電線側で活かし、全芳香族ポリアミド紙の裂けにくく含浸性が良好であるという長所をティース側で活かすことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施例による回転電機のスロットライナを示す図で、（ａ）は固定子の正断面図、（ｂ）はＢ部の拡大図である。
図１（ａ），（ｂ）において、４１は固定子鉄心、４２はティース、４３はスロット、４４は電線、４５はスロットライナ、４８はウェッジである。４６ａは剥がしマイカ絶縁シートであり、マイカ片（フレーク）を、電気絶縁用ポリエステルフィルムの片面に接着剤で二層以上に貼り合わせたものである。４７ａ、４７ｂは有機の電気絶縁シートで、電気絶縁用ポリエステルフィルムの両面に全芳香族ポリアミド紙を接着剤で貼り合わせた全芳香族ポリアミド紙／ポリエステルフィルム貼り合わせシートである。剥がしマイカ絶縁シート４６ａと全芳香族ポリアミド紙／ポリエステルフィルム貼り合わせシート４７ａ、４７ｂのスロット４３への挿入は、別々でも良いし、あらかじめ３枚を重ねてまとめて挿入しても良い。
本発明が特許文献１と異なるところは、スロットライナにおいて、剥がしマイカ絶縁シート４６ａの両面に重ね合わせるものが、無機の集成マイカ絶縁シートではなく、有機の全芳香族ポリアミド紙／ポリエステルフィルム貼り合わせシート４７ａ、４７ｂとしている点である。これにより、スロット４３への挿入時、剥がしマイカ絶縁シート４６ａがスロット４３の角部とこすれることにより傷ついたりマイカ粉が多量に脱落することを全芳香族ポリアミド紙／ポリエステルフィルム貼り合わせシート４７ａが保護し、また柔軟性の乏しい無機材料の厚さは薄くできているため、全体としての柔軟性は若干低下する程度で構成できる。つまり、スロットライナとして、スロット４３への挿入時に傷つくことなく、曲げにより割れることもなく、スロット４３の形状になじんで電線４４の挿入作業性が低下することなく、価格上昇も抑えて、部分放電による絶縁劣化を抑制することができる。
なお、剥がしマイカ絶縁シート４６ａは、使われ方、品質、価格、調達上から、硬質剥がしマイカでも軟質剥がしマイカでも良く、貼り合わせ材は絶縁紙やガラスクロスでも良い。接着剤は要求される耐熱性により、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等が用いられる。また、前記全芳香族ポリアミド紙／ポリエステルフィルム貼り合わせシート４７ａ、４７ｂは、電気絶縁用ポリエステルフィルムの両面にポリエチレンナフタレートフィルムを貼り合わせたものや、電気絶縁用ポリエステルフィルムの両面にポリフェニレンスルファイドフィルムを貼り合わせたもの、または貼り合わせではない全芳香族ポリアミド紙や、電気絶縁用ポリエステルフィルムのみ等を用いても良い。

図２は、本発明の第２の実施例による回転電機を示す図で、（ａ）は固定子の正断面図、（ｂ）はＣ部の拡大図である。
図２（ａ），（ｂ）において、スロットライナ４５は、集成マイカ絶縁シート４６ｂの両面に、全芳香族ポリアミド紙／ポリエステルフィルム貼り合わせシート４７ａ、４７ｂを重ね合わせたものである。前記集成マイカ絶縁シート４６ｂは、天然マイカを粉砕、抄造して製造された集成マイカ箔を、電気絶縁用ポリエステルフィルムの片面に接着剤で貼り合わせたものである。これにより、スロットライナとしてさらに曲げやすく、スロットの形状によくなじむようにすることができる。
なお、前記集成マイカ絶縁シート４６ｂは、使われ方、品質、価格、調達上から、硬質マイカでも軟質マイカでも良く、貼り合わせ材は絶縁紙やガラスクロスでも良い。接着剤は要求される耐熱性により、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等が用いられる。前記全芳香族ポリアミド紙／ポリエステルフィルム貼り合わせシート４７ａ、４７ｂは、電気絶縁用ポリエステルフィルムの両面にポリエチレンナフタレートフィルムを貼り合わせたものや、電気絶縁用ポリエステルフィルムの両面にポリフェニレンスルファイドフィルムを貼り合わせたもの、または貼り合わせではない全芳香族ポリアミド紙や、電気絶縁用ポリエステルフィルムのみ等を用いても良い。

図３は、本発明の第３の実施例による回転電機を示す図で、（ａ）は固定子の正断面図、（ｂ）はＤ部の拡大図である。スロットライナ４５としては、剥がしマイカ絶縁シート４６ａの片面に全芳香族ポリアミド紙４７ｃを、もう一方の片面に電気絶縁用ポリエステルフィルム４７ｄを重ね合わせたものである。これにより、各電気絶縁シートの特徴を利用したスロットライナを形成することができ、この場合、全芳香族ポリアミド紙４７ｃの長所である裂けにくく含浸性が良好で、電気絶縁用ポリエステルフィルム４７ｄの長所である絶縁破壊電圧が高いという特性を合わせもったものとすることができる。
なお、前記剥がしマイカ絶縁シート４６ａの代わりに集成マイカ絶縁シート４７ｂを用いても良い。両面に重ね合わせる有機の電気絶縁シート４７ｃ、４７ｄは材質の異なるものであり、前記貼り合わせシート等を用いても良い。

図４は、本発明の第４の実施例による回転電機を示す図で、（ａ）は固定子の正断面図、（ｂ）はＥ部の拡大図である。スロットライナ４５としては、剥がしマイカ絶縁シート４６ａの片面に、全芳香族ポリアミド紙／ポリエステルフィルム貼り合わせシート４７ａを重ね合わせたものである。これにより、三層構造に比較してより薄い厚さでスロットライナを形成することができ、印加電圧が高くない場合に、薄いスロットライナとして用いることができる。
なお、前記剥がしマイカ絶縁シート４６ａの代わりに集成マイカ絶縁シート４７ｂを用いても良い。片面に重ね合わせる有機の電気絶縁シート４７ａは、前記貼り合わせシートや全芳香族ポリアミド紙、電気絶縁用ポリエステルフィルム等でも良い。

本発明の第１の実施例による回転電機を示す図で、（ａ）は固定子の正断面図、（ｂ）はＢ部の拡大図である。本発明の第２の実施例による回転電機を示す図で、（ａ）は固定子の正断面図、（ｂ）はＣ部の拡大図である。本発明の第３の実施例による回転電機を示す図で、（ａ）は固定子の正断面図、（ｂ）はＤ部の拡大図である。本発明の第４の実施例による回転電機を示す図で、（ａ）は固定子の正断面図、（ｂ）はＥ部の拡大図である。回転電機の固定子を示す図で、（ａ）は回転電機の正断面図、（ｂ）はＡ部の拡大図である。従来例による回転電機の固定子の正断面図である。

符号の説明

１０コア
１２歯
１４スロット
１６導線
１８スロットライナ
２０内層（集成マイカ絶縁シート）
２２中層（剥がしマイカ絶縁シート）
２４外層（集成マイカ絶縁シート）
２５ウェッジ
３１回転子鉄心
３２回転軸
３４空気ギャップ
４１固定子鉄心
４２ティース
４３スロット
４４電線
４５スロットライナ
４６ａ剥がしマイカ絶縁シート
４６ｂ集成マイカ絶縁シート
４７ａ、４７ｂ全芳香族ポリアミド紙／ポリエステルフィルム貼り合わせシート
４７ｃ全芳香族ポリアミド紙
４７ｄ電気絶縁用ポリエステルフィルム
４８ウェッジ

Claims

固定子と回転子とからなる回転電機であって、
前記固定子が、
複数のティースとスロットとを有する固定子鉄心と、
前記スロット内に装着されたスロットライナと、
電線を前記スロットライナ上から前記ティースに巻回して形成された固定子コイルとを備え、
前記スロットライナは、集成マイカ絶縁シートの一方の面に電気絶縁用ポリエステルフィルムを、他方の面に全芳香族ポリアミド紙を重ね合わせて構成されていることを特徴とする回転電機。
前記スロットライナは、前記電気絶縁用ポリエステルフィルムが前記電線に当接し、前記全芳香族ポリアミド紙が前記ティースに当接するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。