JPH0880011A - 回転電機巻線の温度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】回転電機の固定子巻線を構成する導体の温度を
誤差なく直接測定できる温度検出装置を提供する。 【構成】素線導体２１間の素線間絶縁７に導入溝８を設
け、この導入溝８内の素線導体２１間にホトルミネセン
スからなる温度検出素子１を密着配置するとともに、こ
の導入溝８に温度検出素子１に光照射器１３からの光を
伝送し、かつ光照射された温度検出素子１から放出する
光を伝送する光フアイバーを配し、この放出された光よ
り素線導体２１の温度を計測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、回転電機の巻線、特
に高圧回転電機の固定子巻線の温度を、離れた所から直
接計測することを可能とした回転電機巻線の温度検出装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５及び図６は従来の固定子巻線の温度
検出方法を示すもので、図５は固定子巻線に抵抗測温素
子を設置した断面図、図６は図５のVI−VI断面図であ
る。回転電機の固定子巻線の温度検出方法としては、固
定子巻線を挿入してある固定子鉄心の固定子スロット部
に抵抗測温素子（サーミスタ、）又は熱電対素子（サー
モカップル）を装着して測定する方法がある。図６に示
す巻線構成は、複数本の素線導体２１からなる導体を矩
形状に形成したコイルに、絶縁層３を施した固定子巻線
２を、固定子鉄心５の開口部に楔６が設けられた固定子
スロット５１内の上・下部に収納し、これらの固定子巻
線２間を絶縁する絶縁積層板からなる相間絶縁４が設け
られている。図５に示す抵抗測温素子１Ａによる固定子
巻線２の温度検出では、図６に示す相間絶縁４間に抵抗
測温素子１Ａを挿入し、その検出信号を固定子鉄心５外
に設けられた温度計測部１１Ａにて測定するものであ
る。

【０００３】また、熱電対素子による測定でも、前記し
た抵抗測温素子と同様に、相間絶縁４の固定子巻線２の
長さ方向に挿入孔を設け熱電対素子を埋込み配する方法
が採られている。この熱電対素子による方法では、素子
が小形のものが得られることから、固定子巻線２を構成
している素線導体２１の表面に、熱電対素子が導電性で
あることから絶縁を施したものを装着し、素線導体２１
の温度を検出することも行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記した抵抗測温素子
による固定子巻線の温度検出方法では、素子の寸法が大
きいことから熱電対素子のように素線導体２１間に挿入
し設置することができず、固定子巻線２の温度を相間絶
縁４を介して間接的に測定するため、素子の寸法分だけ
固定子スロット内の寸法が大きくなることと、正確な導
体２１の温度を計測できないという問題がある。

【０００５】また、熱電対素子による測定では、小形な
素子が得られることから、前記した抵抗測温素子による
ような固定子スロットが大きくなることは避けることが
できる。しかしながら、固定子巻線の導体温度を直接測
定するには、図６に示す素線導体２１の表面に接触させ
装着しなければならないが、前記した複数の素線導体２
１を固定子巻線２のコイル形状にプレス成形する場合
に、熱電対素子が導電体であることから、図示しない素
線導体２１の素線絶縁の損傷による熱電対素子と素線導
体２１間との短絡防止のために、熱電対素子に絶縁を施
さなければならない。従って、この熱電対素子による場
合も、素線導体に直接素子を接触させ装着することがで
きず、回転電機の運転中の通電電流による素線導体の温
度を直接測定することができない。更に、抵抗測温素子
によるものと同様に、熱電対素子で検出された検出信号
を固定子巻線２外に設けられている温度計測部１１Ａに
伝送するリード線をも絶縁を施すことが必要となり、温
度検出素子を配置する工数に多くの時間を要する問題が
あった。更に、発電機内部は強磁界であるために、巻線
に装着された抵抗測温素子や熱電対素子の温度検出素子
や、検出された電気信号を伝送するリード線等が、電磁
誘導を受け雑音信号を含むこと、またリード線の抵抗分
により測定温度に誤差が生じるためその校正が煩雑にな
るという課題があった。

【０００６】この発明の目的は、前記の課題を解決した
回転電機の固定子巻線、特に高圧回転機の固定子巻線を
構成する導体の温度を直接測定できる温度検出装置を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、この発明は、素線導体間に密着配置された光温
度検出素子と、この光温度検出素子に光信号を伝送する
第１の伝送手段と、この伝送手段をコイルエンド部から
前記温度検出素子に導入する導入溝が設けられた素線導
体間絶縁と、前記光温度検出素子からの出力信号を前記
素線導体間絶縁に設けられた導入溝に配されてコイルエ
ンド部に伝送する第２の伝送手段と、この伝送された出
力信号から温度を演算する演算手段と、この演算手段で
得られた温度を表示する温度表示手段とからなるものと
する。

【０００８】そして、光温度検出素子が、ホトルミネセ
ンスからなるものであれは好適である。

【０００９】更に、第１と第２の光伝送手段が光フアイ
バーからなり、また第２の光伝送手段が第１の光伝送手
段と兼用すると好適である。

【００１０】また、第１と第２の光伝送手段が、回転電
機枠に設けられた連結部にて回転電機枠外のそれぞれに
対応する光伝送手段と着脱自在とすると更に好適であ
る。

【００１１】

【作用】この発明は、従来の抵抗測温素子又は熱電対素
子からなる温度検出素子での、素子寸法の制限、あるい
は素子が導電体であることにより、固定子巻線の素線導
体の温度を間接的にした測定できないことに鑑み、形状
が小さく、かつ絶縁性を有し素線導体に直接装着可能な
温度検出素子として、通信分野での実用化が進んでいる
光フアイバーの適用を行ったものである。光フアイバー
は、低損失、広帯域である他に、可撓性，細径，絶縁
性，無誘導、絶縁性等の特徴を有し、光フアイバーを各
種センサーとして用いる製品の開発も行われている。光
フアイバーを利用した温度センサーも種々開発され、前
記したその高い絶縁性と電磁無誘導性から、変圧器巻線
の温度を計測することも試みられている。

【００１２】しかしながら、光フアイバーは前記したよ
うに可撓性を有しているが、曲げ、引張に対する機械的
な強度が低く、回転電機の固定子巻線の内部に設置する
作業時、素線導体のプレス成形、及び絶縁層を形成する
固定子巻線の製造作業時、更に回転電機の巻線の通電運
転時における素線導体の熱膨張・収縮による変形、振動
により折損する虞があり、回転機巻線の温度測定への適
用は困難であった。このため、この発明は、固定子巻線
を構成している素線導体間を絶縁する素線間絶縁間に、
光温度検出素子と温度計測部間の伝送手段を配置できる
導入溝を形成することにより、光温度検出素子を有する
光フアイバーを機械的な応力を受けることなく固定子巻
線の内部に設けることが可能となったのである。

【００１３】また、光を照射した時に、この照射光とは
異なる波長を放出するホトルミネセンスの温度依存性を
利用した光温度検出素子を用いることにより高精度の温
度測定ができる。しかも、前記光温度検出素子への照射
のための光照射器からの光の伝送手段、及び光温度検出
素子から放出された光を測定系に伝送する手段を光フア
イバーで行うことにより、前記した高い絶縁性を有する
ことにより光温度検出素子とともに絶縁を施すことなく
直接に素線導体間に装着できることと、電磁無誘導性で
あることから、回転電機内の強磁界の影響を受けること
なく温度を計測でき、回転電機内部の固定子巻線を構成
する導体の温度を誤差なく直接測定できる。

【００１４】更に、固定子巻線外へ導出する光フアイバ
ーを連結する連結器を回転電機枠に設けることにより、
回転電機枠内、及び温度計測部へ配線作業が容易とな
る。

【００１５】

【実施例】以下この発明を実施例に基づいて説明する。
図１〜図３は、この発明の実施例になる光温度検出素子
を配置した断面図であり、図１は固定子巻線の断面、図
２は図１の固定子巻線の部分断面図、図３の（Ａ）は、
この発明の光温度検出素子を素線導体間に配置した断面
図、図３の（Ｂ）は異なる配置の断面図であり、従来と
同じ部分には同一符号を用いることにより詳細な説明を
省略する。図１には、素線導体２１ａ、２１ｂ、２１ｃ
及び２１ｄに囲まれた素線導体間と、素線導体２１ｅ、
２１ｆ、２１ｇ及び２１ｈに囲まれた素線導体間の間隙
部に、それぞれ光温度検出素子１ａ及び１ｂが挿入され
設置されている。なお、素線導体２１には、素線絶縁２
２が施されているが、光温度検出素子１ａ及び１ｂは、
それぞれの光温度検出素子が接触している素線絶縁２２
を剥がし直接に接触させることができる。以下の実施例
ではこの素線絶縁２２を省略して説明する。

【００１６】図２には、図１の光温度検出素子１ａと１
ｂが挿入配置されている詳細図を示したが、これらの光
温度検出素子１は素線導体２間を絶縁している半硬化状
あるいは硬化した絶縁積層板からなる素線間絶縁７にて
区画された導入溝８内に設置されている。この光温度検
出素子１の実際の設置作業は、図１の巻線構成について
説明すると、７段の素線導体２１を２列組合わせた導体
からなるコイルの素線導体間絶縁７１と７２、及び７２
と７３との間に、間隔を設けた導入溝８を設け、この導
入溝８に沿って光温度検出素子１を固定子スロット部内
に設置し、この光温度検出素子１に光照射し、及び放出
される光を伝送する光フアイバー１１をコイルエンド２
３（図４）部まて配する。次に、素線導体２１の表面に
素線固め樹脂を塗布し、加熱加圧成形により所定の寸法
にコイル仕上げ、このコイルの外周に絶縁テープあるい
は絶縁シートを巻回して絶縁層を形成する。この際、コ
イルエンド部からの温度計測部への伝送手段である光フ
アイバー１１は、前記したコイルエンド部の絶縁テープ
あるいは絶縁シートの層間から導出するようにする。

【００１７】図３の（Ａ）に示す素線導体間絶縁７に設
けた導入溝８ａは、図２に示した素線導体間絶縁７に間
隔を設けて構成したものであるが、４本の素線導体の角
部によって形成された間隙部に設け、この間隙部に光温
度検出素子１が装着されている。また、この光温度検出
素子１の導入溝８は図３の（Ｂ）に示すように、素線導
体間絶縁７の側面に導入溝８ｂを設けて２本の素線導体
２１間の間隙部に光温度検出素子１を設ける構成とする
ことも可能である。

【００１８】次に、図４にこの発明の光フアイバーから
なる固定子巻線による温度検出装置を構成するブロック
図を示す。図４にて、１７は回転子であり、これに間隔
をおいて同軸に配された固定子鉄心５の図１に示す固定
子スロット５１内に、固定子巻線２が設けられている。
この固定子巻線２の中央部に位置するように光温度検出
素子１が配され、この光温度検出素子１に特定の波長の
光を照射するための伝送手段と、温度検出素子１から放
出された光を温度計測部１２に伝送する伝送手段である
光フアイバー１１１が、コイルエンド２３部より固定子
鉄心５の端面に沿って配され固定子鉄心５の外周面に設
けられた連結部１０ａに接続されている。また、連結部
１０ａからの光フアイバー１１２は、図示しない台床に
て支持された回転電機枠８に設けられた連結部１０ｂに
接続され、この連結部１０ｂには温度計測部１２の連結
部１０ｃに接続された光フアイバー１１３に接続される
ようになっていて、光フアイバーの配線長を短くし、外
部への露出部分を小さくするとともに、連結部１０に
て、着脱自在にすることにより、回転電機の移動や、回
転電機の温度計測部による測定を容易にしている。

【００１９】更に、固定子巻線２の温度検出について説
明する。温度計測部１２には特定の光の波長を放出する
発光ダイオードからなる光照射器１３が設けられ、この
光照射器１３から光フアイバー１１３、１１２及び１１
１を経てホトルミネセンスからなる光温度検出素子１に
光を照射させる。光温度検出素子１は照射された光を吸
収して、照射された光とは異なる波長の放出する。 こ
の光温度検出素子１として、例えばガリウム砒素からな
る半導体からなるホトルミネセンスを用いることによ
り、温度により波長及びその強度が異なった光が得るこ
とができる。この放出された光を前記した光照射器１３
から伝送した光フアイバーと同じ光フアイバー１１を通
り、温度計測部１２の連結部１０ｃを経由して波長分離
器１４で伝送され光の波長を計測する。そしてこの波長
分離器１４で得られた波長信号を光電変換器１５で電気
信号に変換し演算部１６により温度の特定を行い、温度
表器１７に、測定された固定子巻線２の素線導体２１の
温度を表示するようになっている。なお、この発明での
光温度検出素子は、前記したガリウム砒素からなる半導
体からなるホトルミネセンスの他に、温度により照射さ
れた光と異なる波長の光を放出するけい光体を有する光
フアイバーをも用いることも可能である。また、光フア
イバーとしては、石英系フアイバー，多成分系フアイバ
ー及びプラスチックフアイバーいずれも適用できる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、この発明においては、回
転電気の固定子巻線の温度検出装置として、従来の抵抗
測温素子、又は熱電対素子における固定子巻線の温度測
定においては寸法により設置場所が制限されること、ま
たいずれの素子も導電性であることから、直接に固定子
巻線の導体に接触させて温度を計測することが困難であ
ること、及び回転電機内部の強磁界による電磁誘導ノイ
ズが素子からの検出信号に影響を与えることの問題を、
高い絶縁性と電磁無誘導性を有する光フアイバーと光温
度検出素子とを、固定子巻線を構成している素線導体間
を絶縁している素線導体間絶縁に導入溝を設けることに
より適用可能とし、解決することができたのである。こ
れにより、従来では不可能であった固定子巻線の導体温
度を直接に検出することができるようになり、回転電機
の稼働時の巻線温度をより正確に把握することにより、
回転電機の巻線絶縁の許容温度に近い温度で運転するよ
うに制御管理でき、回転電機の運転の省力化が達成され
る。

【００２１】また、固定子巻線の正確な回転機の稼働時
の最高温度が計測できるので、この温度に準じた許容最
高温度を有する巻線絶縁材料を選択した絶縁設計するこ
とが可能となり、回転電機の合理的な設計による小形化
の推進にも寄与できる。

【００２２】更に、光温度検出素子をホトルミネセンス
とし温度検出精度を高めるとともに、光温度検出素子へ
の光照射、及び放出光の伝送を光フアイバーで行うこと
により、その電磁無誘導性と低損失により、検出温度を
誤差なく正確に計測できる。

【００２３】また、回転電機枠に光フアイバーを接続す
る連結部を設けることにより、光温度検出素子を取付け
たまま回転電機を移動できるとともに、連結部に温度計
測部を随時接続することが可能であるので、複数の回転
電機における巻線の温度を容易に計測することができ、
測定の省力化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例による素線導体間に光温度検
出素子を設置した固定子巻線の断面である。

【図２】図１の固定子巻線の部分部分斜視図である。

【図３】図３の（Ａ）は、この発明の光温度検出素子を
配置した断面図であり、図３の（Ｂ）は異なる配置の断
面図である。

【図４】この発明による固定子巻線の温度検出装置を構
成するブロック図である。

【図５】従来の固定子巻線に抵抗測温素子を設置した断
面図である。

【図６】図５のVI−VI断面図である。

【符号の説明】

１ 光温度検出素子 ２ 固定子巻線 ２１ 素線導体 ４ 相間絶縁 ５ 固定子鉄心 ７ 素線導体間絶縁 ８ 導入溝 ８ａ 導入溝 ８ｂ 導入溝 １０ 連結部 １０ａ 連結部 １０ｂ 連結部 １１ 光フアイバー １１１ 光フアイバー １１２ 光フアイバー １１３ 光フアイバー １２ 温度計測部 １３ 光照射器 １４ 波形分離器 １６ 演算部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数本の素線導体からなる導体を所定の形
   状のコイルに形成した回転電機の固定子巻線の温度検出
   装置において、素線導体間に密着配置された光温度検出
   素子と、この光温度検出素子に光信号を伝送する第１の
   伝送手段と、この伝送手段をコイルエンド部から前記温
   度検出素子に導入する導入溝が設けられた素線導体間絶
   縁と、前記光温度検出素子からの出力信号を前記素線導
   体間絶縁に設けられた導入溝に配されコイルエンド部に
   伝送する第２の伝送手段と、この第２の伝送手段より伝
   送された出力信号から温度を演算する演算手段と、この
   演算手段で得られた温度を表示する温度表示手段とから
   なることを特徴とする回転電機巻線の温度検出装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の回転電機巻線の温度検出
   装置において、光温度検出素子が、ホトルミネセンスか
   らなるなることを特徴とする回転電機巻線の温度検出装
   置。
3. 【請求項３】請求項１に記載の回転電機巻線の温度検出
   装置において、第１と第２の光伝送手段が光フアイバー
   からなることを特徴とする回転電機巻線の温度検出装
   置。
4. 【請求項４】請求項１に記載の回転電機巻線の温度検出
   装置において、第２の光伝送手段が第１の光伝送手段と
   兼用することを特徴とする回転電機巻線の温度検出装
   置。
5. 【請求項５】請求項１に記載の回転電機巻線の温度検出
   装置において、第１と第２の光伝送手段が、回転電機枠
   に設けられた連結部にて回転電機枠外のそれぞれ対応す
   る光伝送手段と着脱自在に結合されてなることを特徴と
   する回転電機巻線の温度検出装置。