JPH09182338A - 導体バー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 電気機械のステータコイルのための導体
バーであって、その複数の導体素子３がその全長にわた
り１つの共通の主絶縁体８により被覆されており、導体
バーの両方の狭幅側には、転位により導体素子と主絶縁
体との間に生じた中空スペースが、半導電性の材料５に
より充填されており、この材料が半導電性のストリップ
２，２ａにより覆われている。このストリップ２，２ａ
が、繊維強化されたプラスチックから成り、この繊維強
化されたプラスチックが導体バーのコイルヘッド部分
Ｂ，Ｃ内でその長手方向に対して直角方向に交番に切込
４を備えており、これらの切込の深さがストリップの幅
ｂの半分に比して大きく、かつこの切込のはばｓがスト
リップの厚さと同程度の大きさを有している。 【効果】 半導電性のストリップが、大きな戻し力及び
ねじれなしにコイルヘッド部分における導体バーの湾曲
に適合される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気機械のステー
タコイルのための導体バーであって、互いに交さもしく
は転位されかつ互いに電気的に絶縁された複数の導体素
子から成り、これらの導体素子がその全長にわたり１つ
の共通の主絶縁体により取り囲まれており、導体バーの
両方の狭幅側には、転位により導体素子と主絶縁体との
間に生じた中空スペースが半導電性の材料により充填さ
れており、この材料が半導電性のストリップにより覆わ
れている形式のものに関する。

【０００２】本発明は、例えばアメリカ合衆国特許第５
０６６８８１号明細書に開示されているような先行技術
から出発している。

【０００３】

【従来の技術】電気機械のステータコイルのための導体
バーは、比較的大きなユニットでは、互いに転位されか
つ互いに電気的に絶縁された複数の導体素子から成る。
これらの導体素子はその全長にわたり１つの共通の主絶
縁体により囲われており、この主絶縁体はステータのコ
イルヘッド部分又は端面Ｕ字形部分とステータの鉄心部
分とにわたり延在している。導体素子の転位により、導
体束の狭幅側のところには導体素子と主絶縁体との間に
中空スペースが生じる。この中空スペースは一般的には
半導電性の材料により充填され、かつこの材料自体は半
導電性の層又は適当なストリップにより被覆されてい
る。

【０００４】転位バーの縁部の曲率は一般的には導体素
子の縁の曲率により規定され、かつ直線状に延びるスロ
ット部分内では一般に０．５ｍｍである。コイルヘッド
部分の湾曲部で適用されるような剪断押し入れを行う場
合には、この縁の曲率を０．５ｍｍより著しく小さくす
ることができる。０．５ｍｍの曲率を有する縁における
電界は導体バーの広幅側に対比して３ないし４倍増大す
る。この理由で、転位したバーのチェックの際のすべて
の電気的なフラッシュオーバは実際にその発生原因をこ
の縁領域に有している。稼働電圧では、主絶縁体の厚さ
を寸法的に大きくすることによりフラッシュオーバが阻
止される。このことのために、広幅側の絶縁体厚さは電
気的に必要である厚さに比して大きくなければならず、
このことは、間接冷却式のステータコイルでは熱排出の
点で不利である。それゆえ、主絶縁体の厚さを、（直線
的な）スロット部分のみならず導体バーの比較的複雑に
湾曲されたコイルヘッド部分においても削減するという
著しい要求が生じる。主絶縁体の厚さをコイルヘッドに
おいても削減すべき理由は、コイルヘッド部分では、コ
イルヘッドを通過する冷却ガス、多くの場合空気を介し
てしか熱交換が行われないからである。

【０００５】導体バーの縁における前述の電圧ピークを
許容される限り減少させるためには、縁の曲率半径を
１，５ｍｍより大きな値まで増大させなければならな
い。このことはブランクとしての導体バー、換言すれば
主絶縁体をまだ備えていない導体バーの付加的な加工に
よってしか実現することができない。

【０００６】アメリカ合衆国特許第５０６６８８１号明
細書において公知である電気機械では、平らな表面を形
成する目的で、互いに転位した複数の導体素子から構成
された導体束がその狭幅側に、転位により導体素子と主
絶縁体との間に生じた中空スペースを充填するために充
填材を備えている。充填材から成るこの中間層の縁は丸
みを備えている。この充填材は、ガラス繊維と熱分解さ
れた有機的な酸素結合体とから成る繊維的な層により被
覆されている。この層は充填材層の丸みを備えた縁の周
りに導体束の最も上の導体素子もしくは最も下の導体素
子まで延びており、かつ上記導体素子を主絶縁体に電気
的に結合せしめている。この繊維的な層は単位面積当た
り２００オーム（Ｏｈｍ）と１０メガオーム（ＭＯｈ
ｍ）との間の面積導電率（ａｒｅａ ｃｏｎｄｕｃｔｉ
ｖｉｔｙ）を有している。アメリカ合衆国特許第５０６
６８８１号明細書には丸みの曲率についての記載はな
く、同様に充填材の組成及びその適用又は丸みについて
の記載もない。しかし、前述の電圧ピークを軽減した領
域内に丸みの曲率が存在していることを前提とすること
ができる。しかし、この場合の欠点は、公知のこの構成
により導体バーの狭幅側に平らな表面を得るのが困難で
あることにある。さらに、導体バーの縁の、規定されか
つあらゆる箇所において均一な丸みを得るための充填層
の成形及び又は後加工は複雑であり、かつコスト的に不
経済である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
で述べた形式の導体バーを改良して、導体素子の両方の
狭幅側に平らな表面を備え、かつ、導体束の縁に簡単な
手段で丸みを付すことができるような、冒頭に記載した
形式の導体バーを提供することにある。

【０００８】

【発明を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の構成では、半導電性のストリップが、繊維強
化されたプラスチックから成り、この繊維強化されたプ
ラスチックが導体バーのコイルヘッド部分内でその長手
方向に対して直角方向に交番に切込を備えており、これ
らの切込の深さがストリップの幅の半分よりも大きく、
かつこの切込の幅がストリップの厚さと同程度の大きさ
を有していることにより解決される。

【０００９】

【発明の効果】この種の半導電性のストリップは導体束
の狭幅側を完全に覆うと共に、平らなかつ実際に滑らか
な表面を有している。この半導電性のストリップは切込
の存在により全体的に側方向でたわみ可能であり、かつ
このようにして、大きな戻し力及び又はねじれなしに、
コイルヘッド部分における導体バーの湾曲に適合させる
ことができる。ストリップは簡単な手段により、組立状
態で柔らかな充填材上に圧縮することができ、これによ
り、最も上の導体素子もしくは最も下の導体素子と半導
電性のストリップとの間のすべての中空スペースも回避
される。圧縮は最も簡単には、熱で収縮するバンドと、
次いで行われるブランクとしての導体素子の加熱により
行われ、その際、有利には同様に熱で収縮する仕切フォ
イル又は仕切バンドが間挿される。

【００１０】ストリップは必ずしも最初からその長手縁
に丸みを有する必要はない。むしろ、ストリップの取付
け後にはじめて丸みが付されると効果的であることが判
明した。このことは、例えば電気的又は空気力的に駆動
される手持ち工具、例えばハンドフライスにより行われ
ることができる。ストリップにより得られた、導体束の
狭幅側の滑らかな表面はフライス工具のための規定され
た高さ案内としても役立つ。さらに、ストリップの幅が
導体束の幅に比して１ないし２ｍｍだけ小さいと有利で
あり、その結果、圧縮時にはみ出す充填材により、すで
に縁の予備成形が行われる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面につき詳しく説明する。

【００１２】大型の電気機械、例えばターボ発電機のス
テータ用コイルバーは主として４つの部分、すなわちス
ロット部分又は鉄心部分Ａと、ステータ積層コア１から
出た後の比較的強く湾曲された部分Ｂと、わずかに湾曲
した１５０ｃｍ以上の長さを有する部分Ｃと、これに続
いて設けられていて導体バーの引き続く接続を行う箇所
である著しく湾曲した終端部分Ｄとを有している。

【００１３】導体バーの製作時に重要な点は、導体バー
のすべての面が可能な限り平らであることである。この
ことは特に間接冷却式のステータコイルを備えた電気機
械に当てはまる。この種の電気機械では、導体バーから
の熱排出は、半径方向及び又は軸方向の冷却通路を備え
たステータ積層コアにより行われる。要するに、スロッ
ト部分Ａにおいては、良好な熱伝達を保証するために導
体バーの広幅側の面を、かつスロット内での導体バーの
最適なウエッジングを可能にするために導体バーの狭幅
側をできる限り平らにする必要がある。コイルヘッド部
分でも、導体バーの可能な限り平らな表面が望ましい。
その場合、冷却効果はさほど重要でないが、しかし、導
体バーの滑らかで平らな表面はコイルヘッド内での支持
・補強エレメントの組込みを簡便ならしめる。すべての
導体バー部分のために、主絶縁体は可能な限り薄くされ
る。このことは、鉄心部分内での銅充填係数の他に全体
として導体バーの製作費を低下せしめる。

【００１４】本発明はこの点に係わる。以下に説明する
本発明によれば、主絶縁体の厚さを削減する他に、絶縁
体の電気的な特性にマイナスの影響を与えることなし
に、導体バーの平らで滑らかな表面を得ることができ
る。

【００１５】本発明の重要な要素は、典型的な１ｍｍ厚
の特別に形成されたストリップが、半導電性の硬質ガラ
ス織物（ＨＧＷ）から成っていることにある。この種の
硬質ガラス織物は一般的にはガラス繊維強化プラスチッ
ク（ＧＦＫ）から成り、その場合、プラスチック例えば
エポキシ樹脂が煤又はグラファイトのような添加物によ
り半導電性を付与される。ガラス繊維の代わりに炭素繊
維（ＣＦＫ）を使用することもできる。このストリップ
２は後でさらに詳しく説明するが、転位した複数の導体
素子３から構成された導体束と主絶縁体Ｈとの間に配置
されている。このストリップ２は鉄心部分内では、導体
束の幅に比して１ないし２ｍｍ小さな幅を有する単純な
板から成っている。

【００１６】これに対してコイルヘッド内、要するに部
分Ａ，Ｃ及び場合により部分Ｄ内では、ストリップ２は
その長手方向に対して直角方向に交番に、要するに千鳥
状に切込４を備えている。この切込４はストリップ２の
幅（ｂ）の半分より大きい深さｔを有している。切込４
の幅ｓは最も一般的にはストリップ２の厚さと同程度の
大きさ（ほぼ１ｍｍ）を有している（図２参照）。スト
リップ２の両側に交番に設けられた切込４の間隔は、所
望の側方向への湾曲に合わせて選択される。導体バーの
比較的小さな湾曲を有する部分Ｃのためには、ストリッ
プ２の一方の側の２つの切込４の間隔ｄは１０ないし２
０ｍｍで十分であり、その場合深さｔはストリップ２の
幅ｂの６０％と８０％との間にある。

【００１７】このように形成された切込４を備えた５０
ｍｍ幅のストリップ２では、簡単な算術的な計算によ
り、切込がない場合には剛性的であるストリップが距離
２ｄにわたり数度の角だけ側方向へ湾曲することができ
る。

【００１８】著しく湾曲した部分Ｂでは、図３に示した
ように、直線的に延びているストリップ２の代わりに、
ストリップ２と同じ材料から成りこの部分Ｂのジオメト
リに適合した成形部分２ａが配置される。この成形部分
２ａはストリップ２と同様に両側から交番に、ほぼ曲率
円の中心Ｍへ向いた切込４を備えており、これらの切込
はストリップ２の幅ｂの６０％と８０％との間の深さを
有している。

【００１９】導体バーのアイ部分Ｄ内では、この領域ま
で電位分離が完全に排除されていて導体束と主絶縁体８
の絶縁体表面との間にわずかな電位差しか生じないこと
が保証されている場合には、場合により成形部分２ａが
設けられなくてもよい。

【００２０】次ぎに、図４から図９までにつき本発明に
基づく導体バーの製作を概略的に説明する。

【００２１】互いに絶縁されていて互いに転位した複数
の導体素子３から成る導体束（図４）から出発して、導
体束の上方及び下方の狭幅側のところの最も外側の導体
素子３ａ，３ｂのわきに存在する空所に、半導電性の充
填材５、例えば導体パテが配置され、次いでこの充填材
がストリップ２もしくは成形部分２ａにより覆われる。
ストリップ２もしくは成形部分２ａの幅ｂは有利には導
体束の幅ｂＬに比して１ないし２ｍｍだけ小さい（図７
参照）。この導体束の周りに仕切フォイル６を介して収
縮バンド７が巻き付けられ、次いで比較的高い温度（１
２０℃〜１５０℃）で熱処理される。その際、充填材５
は、その時点で依然として残存するすべての中空スペー
ス内へ圧縮されて固定される。その際同時に、図７に略
示したように、縁の予備形成が行われる。圧縮過程の助
成のために、導体束周方向で収縮する収縮フォイルが使
用されてもよい。さらに、ストリップ２及び成形部分２
ａの外向きの長手縁が丸みを付され又は少なくとも破断
された縁を備えていると有利である。このことにより、
収縮時の導体束の圧縮が促進され、かつ（後から付され
る）丸み部の若干の予備成形をもたらす。

【００２２】充填材５が硬化した後に、仕切フォイル６
及び収縮バンド７が取り除かれ、次いで、導体束の縁が
手持ち工具、例えば空気力的に駆動されるハンドフライ
スにより２．５±０．５ｍｍの縁半径の丸みを付され
る。この丸み付けでは、最も外側の導体素子３ａ，３ｂ
を局部的に一緒に切削することを回避できないが、しか
し、この材料切削により失われる材料は導体素子の横断
面の極めてわずかな部分にすぎず、それゆえ、これらの
導体素子を流れる電流は実際に不利な影響を被らない。
導体素子３ａ，３ｂのこの切削は、これにより導体素子
とストリップとの（容量的でなく）抵抗的な電気的な結
合が生じるために、望ましいことである。この過程にお
いて、導体素子の絶縁性が局部的に損なわれるが、しか
し、この絶縁の剥がれた箇所が、その後に取付られる主
絶縁体８へ直に接するため、この損傷は無害である。こ
のようにして、図８で横断面して示したように、ブラン
クとしての導体束が形成される、この導体束に、次いで
公知形式通り主絶縁体８が備えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく導体バーのコイルヘッド部分の
略示平面図である。

【図２】コイルヘッドの軽度に湾曲した部分のために使
用されるストリップの部分平面図である。

【図３】スロット出口のための成形部分の平面図であ
る。

【図４】複数の導体素子から成る導体束を示す横断面図
である。

【図５】図４の導体束の両方の狭幅側に充填材とストリ
ップとを備えた導体束の横断面図である。

【図６】図５に示す導体束に圧縮と固定とを目的として
仕切フォイルと収縮バンドとを備えた際の横断面図であ
る。

【図７】図６のＸで示す円内の拡大詳細図である。

【図８】図６に示す仕切フォイル及び収縮バンドとを取
り除き、縁に丸みを付した後の導体束の横断面図であ
る。

【図９】主絶縁体を備えて完成した導体バーの横断面図
である。

【符号の説明】

１ ステータ積層コア、 ２，２ａ ストリップ、 ３
導体素子、 ４ ストリップに設けた切込、 ５ 充
填材（導体パテ）、 ６ 仕切フォイル、 ７収縮バン
ド、 ８ 主絶縁体、 ｂ ストリップの幅 、 ｂＬ
導体束の幅、 ｄ 一方の側の２つの切込の間隔、
ｓ 切込の幅、 ｔ 切込の深さ、Ａ 導体バーの鉄心
部分、 Ｂ 鉄心部分の後方で著しく湾曲した部分、
Ｃ部分ＢとＤとの間のわずかに湾曲した部分、 Ｄ 導
体バーのアイ部分

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気機械のステータコイルのための導体
   バーであって、互いに交さもしくは転位されかつ互いに
   電気的に絶縁された複数の導体素子（３，３ａ，３ｂ）
   から成り、これらの導体素子がその全長にわたり１つの
   共通の主絶縁体（８）により取り囲まれており、導体バ
   ーの両方の狭幅側には、転位により導体素子と主絶縁体
   との間に生じた中空スペースが半導電性の材料（５）に
   より充填されており、この材料が半導電性のストリップ
   （２，２ａ）により覆われている形式のものにおいて、
   半導電性のストリップ（２，２ａ）が、繊維強化された
   プラスチックから成り、この繊維強化されたプラスチッ
   クが導体バーのコイルヘッド部分（Ｂ，Ｃ）内でその長
   手方向に対して直角方向に交番に切込（４）を備えてお
   り、これらの切込の深さがストリップの幅（ｂ）の半分
   よりも大きく、かつこの切込の幅（ｓ）が、ストリップ
   の厚さと同程度の大きさを有していることを特徴とする
   導体バー。
2. 【請求項２】 半導電性のストリップが複数の部分から
   構成されており、かつ導体バーの著しく湾曲した部分
   （Ｂ）内では、この部分（Ｂ）のジオメトリに粗く適合
   した成形部分（２ａ）から成っている、請求項１記載の
   導体バー。
3. 【請求項３】 切込の深さ（ｔ）がストリップの幅
   （ｂ）の６０〜８０％であり、ストリップの一方の側の
   ２つの互いに隣合う切込（４）の間隔が１０〜２０ｍｍ
   である、請求項１又は２記載の導体バー。
4. 【請求項４】 ストリップ（２，２ａ）の幅（ｂ）が導
   体束の幅（ｂＬ）によりも１〜４ｍｍだけ小さい、請求
   項１から３までのいずれか１項記載の導体バー。
5. 【請求項５】 ストリップ（２，２ａ）の外縁及び場合
   によりその下方に位置する充填材層（５）が丸みを有し
   ており、その丸みの曲率半径が２〜３ｍｍである、請求
   項１から４までのいずれか１項記載の導体バー。