JP4961335B2 - 回転電機における回転子コイルの接続部絶縁構造 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機の回転子コイルのコイルエンドにおけるシリース接続部絶縁構造に関する。

従来、コイルエンドにおけるシリース接続部での絶縁は、外コイル側と内コイル側で一体になった絶縁キャップをシリース接続部に被せ、この絶縁キャップとシリース接続部の隙間をコンパウンドにより埋める絶縁構造が知られている。例えば特許文献１には、絶縁キャップが組み合わされる一対の絶縁キャップ片からなり、一方の絶縁キャップ片に対して他方の絶縁キャップ片を互いに重なり合うようにしてスライドさせて取り付けることが開示されています。
特開２００６−３３３６３０号公報

上記特許文献１に示す一対の絶縁キャップは固定子鉄心のコイルエンドに用いられたものであるが、この絶縁キャップを回転子コイルのコイルエンドに適用することが想定され、この場合、高速の回転電機における回転子コイルのシリース接続部には、運転時に絶縁キャップに対して大きな圧縮荷重が加わり、これによって一体型の絶縁キャップはその圧縮面圧に耐えられず座屈してしまうという課題が生じていた。また、大きな圧縮荷重でコンパウンドの座屈現象も生じるという課題もあった。

そこで、本発明は、回転コイルのシリース接続部を被う絶縁キャップ又は絶縁材コンパウンドが高速回転による座屈を生じないコイル接続部の絶縁構造を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
回転電機の回転子鉄心に穿たれたスロットに挿入される内コイルと外コイルのそれぞれの裸導体端部を電気的接続するシリース接続部と、前記シリース接続部に被さる絶縁キャップと、前記絶縁キャップと前記シリース接続部の隙間を埋める絶縁材コンパウンドと、を備えた回転子コイルの接続部絶縁構造において、前記絶縁キャップは、前記回転子鉄心の半径方向に沿って一対の絶縁キャップが形成されるように二分割された構造である。

また、前記回転コイルの接続部絶縁構造において、前記シリース接続部に被さった前記一対の絶縁キャップの間にはギャップ部が形成される構成である。さらに、前記回転コイルの接続部絶縁構造において、前記絶縁キャップ内の前記裸導体端部を電気的接続する接続導体はＴ形形状の構造を有し、並行配置された前記裸導体端部同士を前記接続導体のＴ形形状構造でロウ付け結合する構成である。

本発明によれば、運転時の圧縮面圧で絶縁キャップ又は絶縁材コンパウンドが座屈しない回転電機のコイル接続部絶縁構造を提供することができる。

本発明の実施形態に係る回転電機における回転子コイルの接続部絶縁構造について、図１〜図５を参照しながら以下説明する。図１は本発明の実施形態に係る回転子コイルの接続部絶縁構造を備えた可変速水車発電機の構造断面図である。図２は本実施形態に係る回転子コイルの接続部絶縁構造を示し、図１に示す（イ）の部位を拡大した図である。図３は本実施形態に係る回転子コイルの接続部絶縁構造の断面図である。図４は図２に示す回転子コイルの接続部絶縁構造をＰ側からみた図である。図５は図２に示す回転子コイルの接続部絶縁構造をＡ−Ａ線からみた断面図である。

図面において、１は回転子鉄心、２は内コイル、３は外コイル、４はシリース接続部、５は内コイル側絶縁キャップ、６は外コイル側絶縁キャップ、８は絶縁テープ、９は内コイル側絶縁スペーサ、１０は外コイル側絶縁スペーサ、１１はコンパウンド、１２は接続導体、１３はコンパウンド注入溝、１５は内コイル裸導体端部、１６は外コイル裸導体端部、１７は回転中心、２０は水車側シリース接続部、２１は反水車側シリース接続部、２２はギャップ部、をそれぞれ表す。

図１に示す回転電機である可変速水車発電機の断面構造において、外コイル３、内コイル２は回転子鉄心１に設けられたスロットに挿入されている。内コイル２はスロットの内径側に、外コイル３は外径側に挿入される。

図２に示すように、外コイル３及び内コイル２の裸導体端部１６，１５はシリース接続部４で電気的に接続される。シリース接続部４は、内コイル側絶縁キャップ５と外コイル側絶縁キャップ６に分割され、すなわち、一対の絶縁キャップを形成し、各絶縁キャップ５，６が、内コイル２の接続部と外コイル３の接続部とにキャップ間のギャップ部を形成しそれぞれ被せられてシリース接続部４が絶縁されており、この構造（絶縁キャップ５，６が一体構造でないこと）が本実施形態の特徴の１つである。

また、シリース接続部４は、図１に示すように水車側シリース接続部２０と反水車側シリース接続部２１を形成しており、各シリース接続部２０，２１においては、同一スロット内の内コイル２と外コイル３の延長部である裸導体端部１５と１６とが接続導体１２で接続されることになる。

より詳しく説明すると、回転電機は、図１の図示例で下方に配置された水車による駆動力によって、回転中心１７を軸として運転時に高速回転する。回転電機の回転子鉄心１にはその回転半径方向に回転子鉄心外周部に向けてスロットが穿たれ、そのスロット内の内側に内コイル２（表面を絶縁された導体部）が挿入され、そのスロット内の外側（内コイル２に対して回転鉄心の半径方向外側）に外コイル３が挿入されている。そして、回転子鉄心の外周部に沿って多数のスロットが設けられ、そのスロット内に内コイル２と外コイル３が挿入されている。

図３に示すように、シリース接続部４は、外コイル３と内コイル２の裸導体端部１５，１６に接続導体１２をロウ付けし接続することで構成される。そして、接続導体１２は図５に示すようにＴ形形状をしており、Ｔ形の縦部分が内コイル２と外コイル３の対向面間に挿入される導体部であり、Ｔ形の横部分が内コイル２と外コイル３の回転子周方向面間を連結する導体部を形成している。

シリース接続部４の裸導体端部１６の外コイル３外径側には外コイル側絶縁スペーサ１０（このスペーサは絶縁と補強の機能を備えたもの）が設けられ、外コイル側絶縁スペーサ１０の外周側又は上側から外コイル側絶縁キャップ６が被せられる。同様に、内コイル２内径側には内コイル側絶縁スペーサ９（このスペーサは絶縁と補強の機能を備えたもの）が設けられ、その内周側又は上側から内コイル側絶縁キャップ５が被せられる。また、絶縁キャップ５，６とシリース接続部４の隙間に絶縁材のコンパウンド１１が充填される。コンパウンド１１は図４に示すコンパウンド注入溝１３を通して流し込まれて隙間に充填される。この際、コンパウンド注入溝１３は反水車側シリース接続部２１に設けられた絶縁キャップ５，６の上方対向面に設けられており、この注入溝１３の設けられる位置は、隙間充填の観点から接続導体１２が存在しない箇所に設けられる。

シリース接続部４は、絶縁材のコンパウンド１１が充填され、かつ絶縁キャップ５，６が被さり、クリープ距離が確保されることで対地絶縁が充分に保持される。さらに、接続導体１２のＴ形形状による裸導体端部１５，１６をロウ付け結合することによって、コンパウンドの座屈防止機能を果たしている。

次に、本実施形態に係る回転電機における回転子コイルの接続部絶縁構造における取り付け手順を説明する。水車側のシリース接続部２０（図１を参照）においては、内コイル２の裸導体端部１５の内径側及び外コイル３の裸導体端部１６の外径側にそれぞれ内コイル側絶縁スベーサ９及び外コイル側絶縁スペーサ１０を接着する。続いて、内コイル側絶縁キャップ５と外コイル側絶縁キャップ６の間にギャップを設けた状態でこのギャップ部２２に粘着テープを貼り、二つの絶縁キャップ５，６を一体化する。次に、粘着テープで一体化された絶縁キャップ５，６を内コイル２と外コイル３の端部（シリース接続部）に挿入する。

一体化された絶縁キャップの内径側と外径側を治具により押付け、絶縁キャップ５，６の内側が絶縁スペーサ９，１０に密着するようにする。絶縁キャップ５，６の開口部（水車側シリース接続部２０では、図１から分かるように絶縁キャップの開口部は図面で上方に形成されている）から、液体又はゲル状のコンパウンド１１流し込んで注入する。コンパウンド１１が硬化した後に二つの絶縁キャップ５，６を貼り付けた粘着テープを剥がす。次いで、絶縁キャップ５，６のギャップ部２２に絶縁テープ８を巻きつける。

次に、反水車側シリース接続部２１（図１を参照）では、内コイル２の内径側及び外コイル３の外径側にそれぞれ絶縁スペーサ９，１０を接着する。続いて、内コイル側絶縁キャップ５と外コイル側絶縁キャップ６の間にギャップを設けた状態でこのギャップ部２２に粘着テープを貼り、二つの絶縁キャップ５，６を一体化する。一体化された絶縁キャップ５，６をシリース接続部４に挿入する。

次に、絶縁キャップ５，６の内径側と外径側を治具により押付け、絶縁キャップ５，６の内側が絶縁スペーサ９，１０に密着するようにする。絶緑キャップ５，６の開口部（図１と図３に示すように、この開口部は図面で下方（水車側）に開口部が形成される）でコンパウンド１１が漏れないように蓋を設ける。次いで、絶縁キャップ５，６の上方（反水車側）のコンパウンド注入溝１３からコンパウンド１１を流し込んで注入する。

コンパウンド１１が硬化した後に絶縁キャップ５，６の開口部に設けた蓋を取り外し、二つの絶縁キャップ５，６を貼り付けた粘着テープを剥がす。続いて、絶縁キャップ５，６のギャップ部２２に絶縁テープ８を巻きつける。

以上のように、本実施形態の水車側（図１で上方）と反水車側（図１で下方）のシリース接続部４は、絶縁キャップが回転子の回転半径方向に二分割されて一対の絶縁キャップを形成し、組立時に一対の絶縁キャップの間にギャップ部を形成させて絶縁材のコンパウンドでシリース接続部を絶縁固着させることによって、回転電機の運転時に絶縁キャップに加わる圧縮荷重（主として遠心力の作用で）による絶縁キャップ（従来技術の一体型絶縁キャップ）の座屈をなくするようにする（本実施形態で一対の絶縁キャップの間にギャップ部を形成させる構成を採用することによって）。

このように、本実施形態は、シリース接続部に絶縁キャップを被せることで絶縁する回転子の接続部絶縁構造において、この絶縁キャップは分割された一対の絶縁キャップで構成され、分割された絶縁キャップ間にはギャップ部が設けられ、また、絶縁キャップ内の裸導体端部の外コイル外径側及び内コイル内径側に絶縁スペーサを挿入するとともに、接続導体をＴ型形状として外コイル裸導体端部と内コイル裸導体端部間に接続導体を挿入することを特徴とするものである。

本発明の実施形態に係る回転電機における回転子コイルの接続部絶縁構造を備えた可変速水車発電機の構造断面図である。 本実施形態に係る回転子コイルの接続部絶縁構造を示し、図１に示す（イ）の部位を拡大した図である。 本実施形態に係る回転子コイルの接続部絶縁構造の断面図である。 図２に示す回転子コイルの接続部絶縁構造をＰ側からみた図である。 図２に示す回転子コイルの接続部絶縁構造をＡ−Ａ線からみた断面図である。

符号の説明

１ 回転子鉄心
２ 内コイル
３ 外コイル
４ シリース接続部
５ 内コイル側絶縁キャップ
６ 外コイル側絶縁キャップ
７ ずれ出し防止溝
８ 絶縁テープ
９ 内コイル側絶縁スペーサ
１０ 外コイル側絶縁スペーサ
１１ コンパウンド
１２ 接続導体
１３ コンパウンド注入溝
１５ 内コイル裸導体端部
１６ 外コイル裸導体端部
１７ 回転中心
２０ 水車側シリース接続部
２１ 反水車側シリース接続部
２２ ギャップ部

Claims (6)

1. 回転電機の回転子鉄心に穿たれたスロットに挿入される内コイルと外コイルのそれぞれの裸導体端部を電気的接続するシリース接続部と、前記シリース接続部に被さる絶縁キャップと、前記絶縁キャップと前記シリース接続部の隙間を埋める絶縁材コンパウンドと、を備えた回転子コイルの接続部絶縁構造において、
   前記絶縁キャップは、前記回転子鉄心の半径方向に沿って一対の絶縁キャップが形成されるように二分割された構造である
   ことを特徴とする回転コイルの接続部絶縁構造。
2. 請求項１において、
   前記シリース接続部に被さった前記一対の絶縁キャップの間にはギャップ部が形成される
   ことを特徴とする回転コイルの接続部絶縁構造。
3. 請求項１または２において、
   前記絶縁キャップ内の外コイル裸導体端部の外径側と内コイル裸導体端部の内径側に補強用絶縁スペーサを配設する
   ことを特徴とする回転コイルの接続部絶縁構造。
4. 請求項１、２または３において、
   前記絶縁キャップ内の前記裸導体端部を電気的接続する接続導体はＴ形形状の構造を有し、並行配置された前記裸導体端部同士を前記接続導体のＴ形形状構造でロウ付け結合する
   ことを特徴とする回転コイルの接続部絶縁構造。
5. 請求項２において、
   前記絶縁キャップ内の前記内コイルと前記外コイルのそれぞれの裸導体端部はＴ形形状の接続導体で電気的接続され、
   前記ギャップ部の形成された前記絶縁キャップの縁部には、前記絶縁材コンパウンドを充填するための穴を、前記接続導体と対向しない位置に設ける
   ことを特徴とする回転コイルの接続部絶縁構造。
6. 回転電機の回転子鉄心に穿たれたスロットに挿入される内コイルと外コイルのそれぞれの裸導体端部を電気的接続するシリース接続部と、前記シリース接続部に被さる絶縁キャップと、前記絶縁キャップと前記シリース接続部の隙間を埋める絶縁材コンパウンドと、を備えた回転子コイルの接続部絶縁構造において、
   前記絶縁キャップは、前記回転子鉄心の半径方向に沿って一対の絶縁キャップが形成されるように二分割され、前記一対の絶縁キャップの間にギャップ部を形成するように配置され、
   前記絶縁キャップ内の前記内コイルと前記外コイルのそれぞれの前記裸導体端部は、Ｔ形形状の接続導体でロウ付け結合されて電気的接続される
   ことを特徴とする回転コイルの接続部絶縁構造。

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