JPS58175944A - 回転電機の固定子コイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は回転電機の固定子コイルに関するもので、特
に固定子コイルの機械的強度を強くするために絶縁層部
分を改良し・た回転電機の固定子コイルに関するもので
ある。

最近の回転電機は単機大容量化＄よび小型軽量化のすう
勢にともない、固定子コイルの絶縁組織は単に電気絶縁
特性のみならず、回転電機を構成する固定子コイルの構
造要素としての性能が求められている。

第１図は従来の回転電機の固定子コイルを示す部分断面
側ＷＪＦＩ！Ｊ、第２図は第１図の線１−ＪＪ番こおけ
る部分断面正面図である。

ｊ１１図および第２図において、固定子コイル（１）は
、複数の素線導体（２）と、複数の素線導体（２）のそ
れぞれの外周に施された素線絶縁（３）と、複数の素線
導体（２）と素線絶縁（３）とを囲む絶縁層（４）とを
備えている。絶縁層（４）は素線導体（２）を固定する
下固め（５）と主絶縁層（６）および保護層（７）とか
らなっている。また絶縁層（４）の最外周には導電性塗
料を塗布した低抵抗コロナシールド層（８）が形成され
ている。

一般に固定子コイル（１）は、素線絶縁（３）が施され
た多数の素線導体（２）を下固め（５）シて成形し、そ
の外周にマイカテープなどの絶縁材料を巻回して主絶縁
層（６）を形成した後、エポキシ樹脂などの合成樹脂を
含浸し、さらに重合およびプレス成形して形成される。

このよう番こして形成された固定子コイル（１）の機械
的な強度は、下固め（５）された素線導体（２）と絶縁
層（４）の断面積やその形状、さらに絶縁層（４）や下
固め（５）に使用される含浸樹脂の強度、詔よびマイカ
テープなどの絶縁材料と含浸樹脂との接着強度〈よって
決まる。

固定子コイル（１）の機械強度を向上させる方法として
、固定子コイル（１）の断面形状を機械的に強い形状に
変、更することや、絶縁層（４）の機械的強度を強くす
ることが考えられる。ここで固定子コイル（１）の断面
形状や素線導体（２）の形状は、回転電機の効率が最も
高（なるように設計されている。回転電機の効率が０．
５％高いか否かが製品競争力を左右する現状、および素
線導体（２）の形状や固定子コイル（１）の断面形状を
機械強度が向上するような形状に変更すると、回転電機
の特性や効率が低下する関係にあることなどから考えて
、固定子コイル（１）の断面形状を機械的に強い形状に
変更することは困難である。

一方、絶縁！１１（４）の機械的強度は、絶縁材料と含
浸樹脂によって決まる。一般に絶縁材料としては電気絶
縁特性のすぐれたマイカが使われ、固定子コイル用絶縁
材料としてはマイカよりすぐれたものはないのが現状で
ある。また、含浸樹脂はエポキシ樹脂が一般的に使用さ
れているが、エポキシ樹脂よりも電気特性、機械特性と
もにすぐれた含浸樹脂は、現在のところ開発されていな
い。従って、機械的強度を向上させるために、絶縁材料
や含浸樹脂を変更することば困難である。以上のことか
ら固定子コイル（１）の機械的強度は、回転電機として
の特性面からの形状と電気絶縁特性のすぐれたマイカ・
エポキシ複合体としての絶縁層（４）の強度によって決
定される。

以上述べたように、従来の固定子コイル（１）において
は、機械的な強度を向上させる方策は特別には考慮され
ていなかった。回転電機は運転中に固定子コイル（１）
の温度が上昇するが、最近の大容量機においては７〜１
０ｍの長尺コイルも出現し、固定子コイル（１）の熱膨
張も無視できなくなっている。従って、回転電機の起動
停止や負荷変動に伴なうヒートサイクルによる熱応力や
機械的応力も無視できなくなっており、最近では回転電
機の固定子コイル（１）の絶縁劣化は電気的な劣化より
も、ヒートサイクルに伴なう熱および機械的応力による
劣化が主要因であるといわれている。これらの熱および
機械的応力は、回転電機の構造上、固定子コイル（１）
の固定子溝出口付近と固定子コイル彎曲部で最も太きく
なることが知られている。この熱応力および機械的応力
に起因する絶縁劣化は、固定子コイル（１）の長期信頼
性を低下させる大きな要因となっており、従来の固定子
コイル（１）の持つ大きな欠点となっている。

現在は、固定子コイル（１）の固定子溝出口付近と、彎
曲部に加わる応力を緩和するために、固定子コイル（１
）を外部から支持している支持装置の構造を改良したり
、強度を強くするなどで対処しているが、回転電機の特
性向上に直接関連しない要素の作業工程や部品点数が増
え、また作業もはん雑になるなどの欠点があった。

この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、固定子コイル（１）の主絶縁層（
６）の周囲に強化繊維層を設け、さらにその外周に保護
層を設けて、含浸樹脂を一体含浸することにより、機械
的に強固な回転電機の固定子コイルを提供することを目
的としている。以下図面によってこの発明の一実施例を
説明する。

第３図はこの発明に係る回転電機の固定子コイルの一実
施例を示す部分断面側面図である。

図中第１図および第２図と同一部分には同一符号を付し
ている。第３図において、固定子コイル（１）はそれぞ
れ素線絶縁（３）が施された複数の素線導体（２）と、
これを囲む絶縁層（４）とを備えている。絶縁層（４）
は素線導体（２）を固定する下固め（５）と主絶縁層（
６）および強化繊維層（９）と保護層（力とからなって
いる。さらに最外周に導電性塗料を塗布して設けた低抵
抗コロナシールド層（８）が形成されている。すなわち
、第３図に示す実施例においては、主絶縁層（６）の周
囲に、芳香族ポリアミド繊維をコイル長軸方向と同一方
向になるように繊維方向を揃えて、ラッパ状に巻回して
強化繊維層（９）を設けた後、さらに有機材料または無
機材料の保護テープを半重ね巻きに巻回して保護層（７
）を設けて構成し、その後合成樹脂を含浸し重合してプ
レス成形したものである。

第４図は強化繊維層（９）のコイル長尺方向の適用範囲
を示す部分側断面図である。第３図において、固定子鉄
心（１０）には固定子コイル（１）を挿入する固定子溝
（１１）が設けられている。

すなわち、強化繊維層（９）は固定子溝（１１）の端部
より固定子鉄心（１ｏ）の中心側に若干入ったところか
ら、固定子コイル（１）の彎曲部を過ぎたところまで、
すくなくとも固定子溝（１１）の端部と彎曲部を含むよ
うに設けられている。

以上のように構成された回転電機の固定子コイル（１）
にヒートサイクルに伴なう熱力よび機械的応力が作用し
た場合、従来の固定子コイル（１）では、固定子溝（１
１）の出口部とコイル彎曲部のコイル表面側に最も大き
な引張り応力が発生し、絶縁層（４）のフイカ箔と含浸
樹脂量、あるいはマイカテープ間の接着層のはがれや裂
断などを生じ、絶縁組織が劣化する現象が生じていた。

しかしながら、上記実施例では、最も大きな引張応力が
発生する固定子溝（１１）の出口部から彎曲部にがけて
、絶縁層（４）のコイル表面側に強化繊維層が設けられ
ている。またこの芳香族ポリアミド繊維で構成された強
化繊維層（９）の引張強度は、１４０〜／−であ法、主
絶縁層（６）を構成するマイカ・エポキシ複合体の引張
強度２０Ｋｆ／−に対し数倍も強い。従って、従来の固
定子コイル（１）では主絶縁層（６）の接着層のはがれ
や裂断が生じていた応力範囲において、強化繊維層（９
）は裂断することがない。このため、固定子コイル（１
）に熱、機械的応力が加わった場合に、主絶縁層（６）
に生じる応力を緩和することができ、主絶縁層（６）の
絶縁劣化を防止できる効果がある。

さらに、強化繊維一層（９）は固定子溝（１１）の出口
近傍からコイル彎曲部にかけてのみ設けているため、電
気的ストレスが最も大−きい固定子溝（１１）内の固定
子コイル（１）の絶縁層（４）には、はとんど影響を与
えず、従来と同等の電気絶縁性能が得られるという特徴
がある。

第５図は固定子コイル（１）端部と固定子鉄心（１０）
の部分斜視図である。固定子コイル（１）の端部は固定
子溝（１１）を出た直後から複雑な形状を有しており、
ヒートサイクルによる熱、機械的応′力は、固定子コイ
ル（１）の彎曲部の曲率が大なる側では引張応力が、小
なる側では販路応力が加わる。この発明における強化繊
維層（９）は、引張応力に強いという特性を持っている
。

従って、上記固定子コイル（１）のような場合は、強化
繊維層（９）は固定子コイル（１）の全周１に設ける必
要はなく、引張応力の大なる部分にのみ設けても同様な
効果を奏する。

第６図はこの発明における固定子コイル（１）の他の実
施例を示す正面断面図で、第５図の線■−Ｖｌにおける
正面断面図である。曲率の大なる側、すなわち引張応力
が加わる側にだけ強化繊維層（９）を設けた例である。

強化繊維層（９）を効果的な部分にのみ設けることによ
り、引張応力が加わる主絶縁層（６）の絶縁劣化を防ぎ
、かつその他の主絶縁層（６）には、はとんど影響を与
えず、従来と同等の電気絶縁性能が得られるという特徴
がある。なお、第６図においては保護層（力を省略して
示している。

なおまた、上記実施例では、強化繊維層（９）には芳香
族ポリアミド繊維を用いた構造について述べたが、強化
繊維層（９）の材料としては芳香族ポリアミド繊維に限
らず、炭素繊維や炭化けい素繊維などの繊維を用いても
同様の効果を奏する。

以上のようにこの発明によれば、回転電機の固定子コイ
ルに部分的に強化繊維層を設けることにより、引張応力
が大きい部分の固定子コイルの機械的強度を向上させる
ことができ、回転電機の運転中に生じる機械的応力や熱
的応力による絶縁劣化を防止することができ、かつ回転
電機の長期信頼性を大きく向上させる等の諸効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の回転電機の固定子コイルを示す部分断面
側面図である。第２図は第１図の線」−…における断面
図である。第３図はこの発明に係る回転電機の固定子コ
イルの一実施例を示す部分Ｉｆｒ面側面図である。ｆｓ
４図は強化繊維層のコイル長尺方向の適用範囲を示す部
分側断面図である。第５図は固定子コイル端部と固定子
鉄心の部分斜視図である。第６図は第５図の。 線Ｖｌ−Ｖｌにおける足面断面図である。 図において、（１）は固定子コイル、（２）は素線導体
、（３）は素線絶縁、（４）は絶縁層、（５）は下固め
、（６）は主絶縁層、（７）は保護層、（８）は低抵抗
コロナシールド層、（９）は強化繊維層、（１０）は固
定子鉄心、（１１）は固定子溝である。なお各図中同一
使分は同一符号を付している。 代理人　弁理士　葛　　野　　信　　−第１図　　　　
　　　　　　　　第２図ＭＰ）３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、素線絶縁が施された素線導体、前記素線導体の周囲
   に施された絶縁層、窓よび前記絶縁層の周囲に施された
   低抵抗コロナシールド層とで構成される回転電機の固定
   子コイルにおいて、前記絶縁層の機械的応力を受ける箇
   所に部分的に前記絶縁層内番こ強化繊維層を備えたこと
   を特徴とする回転電機の固定子コイル。 ４　強化繊維層は、固定子溝端を含む固定子コイル彎曲
   部に設けられた特許請求の範囲第１項記載の回転電機の
   固定子コイル。 ３、　強化繊維層は、固定子溝端を含む固定子コイル彎
   曲部において、彎曲部の曲率の大なる側の絶縁層内に設
   けられた特許請求の範囲第１項または第２項記載の回転
   電機の固定子コイル。 ４、強化繊維層は、炭素繊維で構成された特許請求の範
   囲１’１項ないしｊＩ３項の何れか−に記載の回転電機
   の固定子コイル。 ５、強化繊維層は、炭化けい素繊維で構成された特許請
   求の範囲第１項ないし第３項の何れか−に記載の回転電
   機の固定子コイル。