TWI281770B - Armature windings and dynamo-electric machine using the same - Google Patents

Description

1281770 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種電樞繞組及使用其之旋轉電機，例如 渦輪發電機之電樞繞組等適於變動磁場之電樞繞組及使用 其之旋轉電機者。 【先前技術】 對於先前之渦輪發電機之電樞繞組，例如記載於美國專 利第282關號公報中。於該美國專利第282i64i號公報所 記載之例子中，如圖17所示，多條多段配置線於 轉位，如圖18所示將該單線與單線之轉位角度依機種之輸 出或機械尺寸而蚊為36〇度、54G度等並配置於槽内，藉 由消除槽内之磁交鏈而降低流過單線間之循環電流損失。 具體言之，如圖17所示，使位於右行最上段之單線U轉位 至左行=最上段即單線1(2n)之上，進而於其上部連續轉位 右側之早線12、13，藉此，將繞組整體形成絞線構造。此 卜士圖18所不，轉位角度係使從軸端部I開始捲繞之單 線11、15轉位，捲繞一圈後於軸端部Π返回至相同位置而 轉位鮮，或者再多繞半㈣轉位540。。此時，则。或54〇。 之角度之轉位節距之撰#么 ㈣定子鐵心_交鏈於繞 間之_為原則。例如選定為使鎖交於單線_15之間 之磁通量Φ;血巾 /、Φ33之總和等於沿反方向交鏈之磁通量φ 32 ° 此外於日本專利特開昭 於癸雷嫵* 就Α報中亦圮载有渦 闭又、“ 5繞組，但該例如圖19所示，係於2行轉位之 96621.doc !28177〇 單線組1之外側配置2行之單線組2，以包圍單線組丨之方式 將單線21、22、23等轉位，藉此降低徑向磁通量Φ。所導致 之循環電流損失。 專利文獻1 美國專利第2821641號公報 專利文獻2 曰本專利特開昭47-125 13號公報 於上述先前技術（美國專利第2821641號公報）中，即使係 早線轉位之單線組，如圖18所示，因為於36〇。之轉位之情 况下，父鏈於端部1之磁通量Φ 1與交鏈於端部II之磁通量 互為相同極性，所以於單線u、15等形成之閉環内（〇1 + 〇2)之磁通量交鏈。此外，於實施540。之轉位之情況下， 雖然在單線11、15之端部Ϊ交鏈之磁通量Φ〗與在端部II交 鏈之磁通量Φ2為相互抵銷之極性，但單線之徑向位置於端 部I與端部II之處相異，所以各自之磁場φ丨、φ 2之大小不 同。即，殘存有相當於磁場強度之差值（φ1_φ2)之鎖交磁 通里，難以使環繞單線i丨、i 5而流過之循環電流全數抵銷。 如此一來，會存在多量循環於單線間之電流。 此外，於需要增大單線截面積之情況下，在先前使用並 %排歹j夕個轉位之單線組之如圖20之繞組而成之上述構造 中口為不此完全抵銷交鏈於單線組1與單線組2之間之徑 向磁通量Φγ2 ’所以於單線間循環之電流更為變大。 另方面，於用於降低上述徑向磁通量之先前技術即日 本專利特開昭47-125 1 3號公報中，如圖丨9以包圍單線丨〗之 96621.doc 1281770 方式形成2重配置單線組2之複雜構造，製作上較為費工。 此外，例如將單線11轉位至單線丨（2n)上之後，由於階差之 原因而必須進一步轉位單線21，所以難以保持單線間之間 隙均一。因此，無法保持適當之絕緣強度。 本發明之目的即在於提供一種可解決上述問題之電樞繞 組及使用其之旋轉電機。 【發明内容】 本發明為達成上述目的而提供一種電樞繞組，其特徵在 於包括單線被束成至少2行多段之單線組及覆蓋該單線組 之周圍之主絕緣，且前述單線轉位者；其係使通過前述單 、、友、、且之截面中之上部及下部側之前述單線的電流之流通電 阻大於通過中央部側之前述單線的電流之流通電阻。 再者本發明之電樞繞組，其特徵在於包括單線被束成 至夕、2订多段之單線組及覆蓋該單線組之周圍之主絕緣，且 則述單線轉位者；其係使通過該多個單線組中至少一個單 、、友、、、之電ML之流通電阻大於通過其他單線組之電流之流通 電阻。 發明之效果 康本1月，可降低旋轉電機之電樞繞組内之循環電 流，謀求溫度之均一化。 【實施方式] 為况明本發明之實施形態，使用圖1來說明應用本發明之 滿輪發電機之概略 伐咯構造。此外，圖1所示之基本構造不受冷 卻流體之種類侷限。 96621.doc 1281770 士圖1所不，轉子51藉由旋轉軸5〇而被旋轉保持於定子框 二上。轉子51於内部具有激磁繞組（未圖示）而成為磁極。另 -方面，構成與轉子51相隔特定間隙而相對配置之定子之 定子鐵心30藉由端部夾緊件31來保持其軸向兩端，而被固 定於定子框60上。電樞繞組1〇、2〇沿定子鐵心3〇之軸向延 伸’收納於沿周方向以特定間隔設置有多個之各槽内。再 者’於水冷發電機之情況下，於電枢繞組1()、2Q之抽端部 設置冷卻水人π流路61，於相反側設置冷卻水出口流路 62,沿軸向將水通入至構成電樞繞組1〇、2〇之如圖3所示之 中空單線11、14等中，藉此直接冷卻電樞繞組1〇、2〇。 或20與軸成直角方向之截面，將單線丨從第丨行之第1段開始 通常，電樞繞組10、20如圖2所示，其構成為由主絕緣4 覆蓋包含例如η段、m行之單線之單線組。主絕緣4係用於保 持繞組㈣與外部之m絕緣之結構物，大多由雲母 或樹脂構成。圖2於m=4、n=22之例中，表示電樞繞組1〇 n為任意整數，通 線組。即使是4行 至第η段編號為11、12 ······In。於此，m、 常如圖1 7所示，每2行進行轉位而形成單 之電樞繞組，亦如圖20所示，分為單線組丨與2而每2行進行 轉位，6行以上之情況亦同。 實施例1 圖2表示本發明之電樞繞組之第丨實施例。於第丨實施例 中，於圖丨所示之渦輪發電機中，由主絕緣4覆蓋且構成電 枢繞組10之單線組2，其中使各單線21 .....2η之截面

In之截面積，藉此使 積小於單線組1之各單線11、12、 96621 .doc Ϊ281770 其電流之流通電阻大於單線組1。該效果與原理如下所示。 通常的電樞繞組如圖16所示，包括：包含2行之單線u、 12、 、l(n+ 1)、…、ι(2η)之單線組1 ;相同地，由2 卜單、本1 22 ··· 2n - 2(n+ 1)......2(2n)構成之單線組2 ; 其中，單線組1與單線組2具有相同之截面形狀。於此，單 線組1與單線組2内之單線分別以則。、。等之轉位角度 〜行轉位，構成為抵銷於定子鐵心3〇内交鏈之磁場之狀 態。轉位之情況如圖2〇所示。 圖11圖12來說明單線組、單線與磁交鏈之關係。 圖U為使用4行單線之電樞繞組全長之示意圖。較子鐵心 如圖20所不，成每2行單線轉位，但單線組工與單線坡2 t間不實施轉位，徑向磁通量&作用於單線組之間。此 1於定子鐵心内實施轉位，於端部不實施轉位。兩單 2 且於最端部相互連接。於此，從各自之單線組選出具有 代表性之單線11、1 5、2丨、9 25進行說明。該例之轉位角度 為540。如圖η、圖18所示 ^ ^ 於此早線組1内之單線彼此 二:内之磁交鏈值為。，所以循環電流不會由 ; t2寻之磁場而被誘導至單線u、15之間。另一方 面，就端部I與端部π之磁場 力 ^±-τμ^^β ^ ^ °兒，因為單線11與單線15 之上下關係相反，所以端部 之用方Θ磁、S θ ^ 上之周方向磁通量<Dt】與端部Π 15周：向…Φ;持相反極性而作用於單線U與單線 5 ’，、、:而，因為磁場會因徑向位署 合士八把、、奋而合、古κ 置而改變’所以磁交鏈不 曰凡王抵4，而會流過若干之循環電产。 21、25來說情況亦相同。 對早線組2之單線 96621.doc -10- 1281770 接者，對於父鏈於單線組！與單線組2之間之磁通量之与 響進㈣述。該兩個單線組相互不轉位，有槽内之捏向: 通:、端部之徑向磁通量〜、Φη之總合交鏈於 個單線組之間。單線電流之電路圖如圖12所示。於此， 電流1°係電柩繞組整體電流1除以單線數所得之值，即單線 平句電抓卜“表不由交鏈於前述之各閉環上之磁通量 ==循環電流。各自之周方向磁通量^交鏈於 :、㈣料線15之間以及單線21與單線h之間，而誘導以 盾衣電机1丨、l2。另一方面，於單線組丨與單 線組2之間，即單線u、 早 之間/、早線21、25之間有徑向磁 1 Φ r3又鏈，而誘導以消除該交鏈之循環電流13。 即、流過單線un、25之電流分別如下所示。 (數式1)

In = I〇+ Ij + 13

Ii5= I〇-l! + I3 hi= I〇+ I2«i3 125= I〇-I2-I3 流過各單線之電流為·· (數式2) hi> I,5> I21> i25 可知電流值會依每根單線而變動。 此時，先前構造中，留& _ 單魂 早線電流分佈之情形如圖14所示。 早線電奴大之單線組〗 ^ 乂熱大，早線組2之發埶小。於，t卜， 於540。轉位之情 ”、、』於此 ^ ，由於單線位置與端部發生之磁交鏈 9662I.doc 1281770 之關係而使繞組上部與下部之發熱變大。因此，於僅有一 個單線組之情況下，產生如 吓不义电/爪分佈，溫度變 付不均…另—方面，於實施⑷中，係使單線組2之電流 :他通屯阻小於第1單線組’藉此’隨著於單線組卜2間循 環之閉環之電阻變大，能夠降低循環電流ΐ3。若ζ邊小，則 亡數式1所不’能夠降低j"、。，從而降低單線組工之發熱。 單線組2雖然會隨著電阻增大而使電流降低，但因為電流之 流通電阻變大，所以發熱有增加之趨勢。即，如圖15所示， 藉由使單線組2發熱增加而單線組1發熱降低，可謀求截面 内之溫度均一化。 於本實施例中，已針對使單線組2電流之流通電阻大於單. 線組1之例子進行說明，但即使單線組1電流之流通電阻比_ :線組2小’亦可得到同樣效果。於本實施例中係藉由減少 單線組2内之單線寬度作為增大電流之流通電阻之手段，但 不限於此’例如當然亦可以改變材質、改變單線高度、單 線形狀或段數f，藉*匕改變電流之流通電阻。 實施例2 ⑩ 圖3表示本發明之電樞繞組之第2實施例。本實施例適用 於水冷部之繞組，其係使單線組2内之單線寬度（單線截面 積）-律小於單線組i内之單線寬度（單線截面積）作為改變 電流之流通電阻之手段者。藉由使單線組2内之單線截面積 j於單線組1内之單線截面積，使由單線組1内之單線1 ^等 與單線組2内之單線21等所形成之閉環之電流流通電阻變 大，而能夠降低流過其間之循環電流。此外，籍由減小電 96621.doc -12- 1281770 流較小之單線組2之單線截面積，能夠使單線組丨與單線組] 之電流密度等價，發熱也變得均一。本實施例適用於水冷 卻之繞組，單線11、14、21、24等係使冷卻水通過之中空 構造’所以於單線21、24等中之通水面積小於單線u、14， 能夠取得與發熱相應之水量，進一步使溫度均一化。 實施例3 圖4表示本發明之電樞繞組之第3實施例。本實施例係將 貫施例2中說明之構造之電樞繞組丨〇、2〇(以下，稱為上線 圈20、底線圈1〇)於槽4〇内配置為上下2段。於本實施例中， 使底線圈10之單線組102之單線121、122等之寬度（單線截 面積）小於單線組101之單線m、112等之寬度（單線截面 積），使上線圈20之單線組2〇2之單線221、222等之寬度（單 線截面積）小於單線組201之單線211、212等之寬度（單線截 面積）。即，於上線圈20及底線圈10中電阻較大之單線之配 置改為相對於槽40之左右而配置於相同側。該構造由於流 過上線圈20之電流與流過底線圈1〇之電流兩者極性相同， 故對於相同極性之徑向磁通量發生作用之情形有效。 實施例4 圖5表示本發明之電樞繞組之第4實施例。本實施例係將 貝^例1中說明之構造應用於水冷卻繞組之電樞繞組1 1 〇、 22〇(以下，稱為上線圈220、底線圈110)配置於槽40内者。 於本貫施例中，使底線圈11 〇之單線組j 〇2之單線丨2丨、丨22 等之寬度（單線截面積）小於單線組1〇1之單線m、n2等之 寬度（單線截面積），使上線圈220之單線組201之單線211、 96621.doc -13- 1281770 212等之覓度（單線截面積）小於單線組2〇2之單線221、222 等之寬度（單線截面積）。即，將於上線圈22〇、底線圈1〇中 電阻較大之單線之配置改為相對於槽4〇之左右而配置於相 反側。該構造由於流過上線圈22〇之電流與流過底線圈ιι〇 之電流兩者極性相反，故於以下情況下有效··作用於上線 圈220與底線圈11()上之徑向磁通量為相同極性之情形，或 者，流過上線圈220之電流與流過底線圈11〇之電流兩者極 生相π且么生作用之控向磁通量為相反極性之情形。 實施例5 一圖6表示本發明之電樞繞組之第5實施例。於該圖所示之 貫施例中，僅於單線組2之上部與下部配置中空之單線21、 24等，單線組1之構造與實施例2(參照圖3)相同。於如此之 貝轭例之構造中，能夠減少發熱量較少之單線組2之冷卻水 量，配合發熱量進行有效冷卻。此外，由於單線組2之上部 /、下邛如圖14所示發熱量較大，所以於本實施例之構造中 可集中冷卻該部分，而提升冷卻效率。 實施例6 一圖7表示本發明之電樞繞組之第6實施例。本實施例係表 不使用6行單線之單線繞組之應用例，包含3個單線組1〜3 =成。於本例中，使單線組2之單線寬度（單線截面積）小於 ^、、且1之單線I度（單線截面積），並使單線組3之單線寬度 (早線截面積）小於單線組2之單線寬度（單線截面積）。如 卩使方；單線組數量增加之情況下，只要對應流過各單 、 循環電流來增減單線截面積，即能夠得到與由2個單線 96621.do< -14- 1281770 組構成之實施例2同樣之效果。 實施例7 圖8表示本發明之電樞繞組之第7實施例。本實施例係包 含一個單線組構成之電樞繞組之應用例，其表示於端部之 單線配置例。於通常之2行線圈中，如圖13所示，由於循環 電流之影響，使得繞組上部及下部之發熱密度變大。於此， 於本實施例中，使發熱較大之上部之單線11、12等及下部 之單線In等之截面積小於其他（中央部）單線之截面積。即， 其構成為使通過上部及下部側之單線之電流流通電阻大於 通過中央部側之單線的電流之流通電阻。如此，藉由減小 上部及下部之單線之截面積，能夠降低產生於該部分之附 加損失，例如可降低渦電流損失，使溫度均一化。 實施例8 圖9表示本發明之電樞繞組之第8實施例。本實施例係包 含一個單線組構成之電樞繞組之應用例 之中空之單線11、14等集中地配置於發 例，其係將水冷卻用

率提升，並且溫度亦均一化。 實施例9

。本實施例係將 繞組10、 20上側之循環電流最大， 11以變更，將中空之單線11、12等僅集中配 方' 360之單線轉位情形中，多半以於電樞 ’所以能夠集令冷卻該部 96621.doc 1281770 分，而謀求溫度均一化。 產業上利用之可能性 根據本發明’因為降低繞組内之循環電流，不會局部性 產生溫度較高之部分，所以可謀求電樞之溫度上升之均一 化以及減少溫度上升。 【圖式簡單說明】 圖1係表示採用本發明之電樞繞組之渦輪發電機之概略 之整體圖。 圖2係表示本發明之電枢繞組之第1實施例之剖視圖（實 施例1)。 、 圖3係表示本發明之電樞繞組之第2實施例之剖視圖 施例2)。 、 圖4表示本發明之電樞繞組之第3實施例，其係收納於槽 内的狀態之剖視圖（實施例3)。 圖5表示本發明之電樞繞組之第4實施例，其係收納於槽 内的狀態之剖視圖（實施例4)。 圖6係表示本發明之電樞繞組之第5實施例之剖視圖（實 施例5)。 、 明之電樞繞組之第6實施例之剖視圖（實 圖7係表示本發 施例6)。 圖8係表示本發明之電樞繞組之第7實施例之剖視圖（實 施例7)。 、 圖9係表示本發 施例8)。 明之電樞繞組之第8實施例之剖視圖（實 96621.doc -16- 1281770 之剖視圖（實 之關係之使 圖10係表不本發明之電樞繞組之第9實施例 施例9)。 圖11係表示用於說明單線組、單線與磁交鏈 用4行單線之電樞繞組全長之示意圖。 圖12係表示_甲磁交鍵與循環電流之關聯之圖。 圖13係表示先前之2行繞組之剖視圖及其構造中之電流 分佈圖。 圖Η係表示先前之4行繞組之剖視圖及其構造中之電流 分佈圖。 圖15係表示本發明之實施例2之繞組截面積及其構造中 之電流分佈圖。 囷16係表示先如之電樞繞組之一例之剖視圖。 圖Π係表示先前之2行繞組中轉位狀態之局部立體圖。 圖18係表示540。轉位與36〇。轉位兩者各自之狀態之示意 圖19係表示專利文獻2之繞組中轉位狀態之局部立體圖 圖20係表示先前之4行繞組中轉位狀態之局部立體圖。 【主要元件符號說明】 1 、 2 、 3 、 101 、 102 、 201 、 202 4 10、20 11 、 12 、 111 、 112 21 、 22 、 211 、 212 30 電樞繞組之單線組 電樞繞組之主絕緣 電樞繞組 單線組1之單線 單線組2之單線 定子鐵心 96621.doc 1281770 40 槽 50 旋轉軸 51 轉子 60 定子框 61 冷卻水入口流路 62 冷卻水出口流路 96621.doc -18-

Claims (1)

12 8 1 f跡32603號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(95年丨全 十、申請專利範圍：^日修(更)正_丨 1· -種電樞繞組’其特線；^成至少2行多段 之單線組、及覆蓋該單線組之周圍之主絕緣，前述單線 包含實心單線及供冷卻媒體通過之中空單線，且該等單 線轉位者；其係將前述中空單線集中配置於前述單線植 之截面中之上部及下部側，將實心導體集中配置於其中 央部。 2. -㈣樞繞組，其特徵在於包括單線被束成至少2行多段 之單線組、及覆蓋該單線組之周圍之主絕緣，前述單線 包含實心單線及冷卻媒體所通過之中空單線，且該等單 線係經轉位者；其係將前述中空單線僅配置於前述單線 、·且之截面中之上部侧，將前述實心導體配置於其他部位。 3. -種電樞繞組’其特徵在於包括單線被束成至少2行多段 之夕個單線組、及覆蓋該多個單線組之周圍之主絕緣， 前，單線組之單線包含實心單線及供冷卻媒體通過之中 空早線，且該等單線係經轉位者；其係使通過前述多個 ^線組中至少一個單線之電流之流通電阻大於通過其他 單線組之電流之流通電阻。 4. -，電樞繞組，其特徵在於包括單線被束成至少2行多段 之多個單線組、及覆蓋該多個單線組之周圍之主絕緣， 前述單線組之單線包含實心單線及供冷卻媒體通過之中 二單線，且該等單線係經轉位者；其係使前述多個單線 組之截面中至少一個單線組之單線截面積小於其他單線 組之單線截面積。 966211-951201.doc 喪’逆P修(更)正替换 5. 6 · 7· 8· -種電柩繞組’其特徵在於包括單線被束成至少2行多段 之多個單線組、及覆篕咭客伽 復盖°亥夕個早線組之周圍之主絕緣， 前述單線組之單線包含實心單線及供冷卻媒體通過之中 空單線’且該等單㈣經轉位者；其係使前述多個單線 組中至少-個單線組之中空單線之通水面積小於其他單 線組之中空單線之通水面積。 一種電柩繞組，其特徵在於包括單線被束成至少2行多段 之多個單線組、及覆蓋該多料線組之周圍之主絕緣， 前述單線組之單線包含實心單線及供冷卻媒體通過之中 空單線’且該等單線係經轉位者；其係將前述中空單線 配置於前述多個單線組中至少—個單線組之截面中之上 部及下部側，將實心單線配置於其中央部，其他單線組 中則混合配置前述實心單線及中空單線。 -種電樞繞組，其特徵在於包括單線被束成至少2行多段 之3個單線組、及覆蓋該3個單線組之周圍之主絕緣，前 述單線包含實心單線與供冷卻媒體通過之中空單線，且 該f單線係經轉位者；其係使前述3個單線組中位於—側 之單線組之單線截面積小於位於中央之單線組之單線截 面積，使纟於另一侧之單線組之單線截面積大於位於中 央之單線組之單線截面積。 y種旋轉電機，其特徵在於包括：轉子，其包括轉子鐵 心及收納於該轉子鐵心之槽内之激磁繞組；及定子，其 係與該轉子相隔特定間隙而相對配置，包括定子鐵心： 收納於該定子鐵心之槽内之電樞繞組；前述電樞繞組包 966211-951201.doc -2-

?鋪正替換頁; 括收納於槽内之底線圈及上線圈，前述底線圈與上線圈 係请求項3至5中任一項所述者。 9. 一種旋轉電機，其特徵在於包括：轉子，其包括轉子鐵 心及收納於該轉子鐵心之槽内之激磁繞組；及定子，其 係與該轉子相隔特定間隙而相對配置，包括定子鐵心及 收納於該定子鐵心之槽内之電樞繞組；前述電樞繞組包 括收納於槽内之底線圈與上線圈，前述底線圈係請求項 3至5中任一項所述者，前述上線圈係單線組與前述底線 圈成相反配置者。 966211-951201.doc