WO2016140260A1 - 回転電機のコイル - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a coil of a rotating electrical machine, and by devising a unique material as an insulating material of a coil insulating layer, it is devised to improve the cooling performance of the coil end portion in particular.
- the generator Since a large current of several thousand A or more flows in the generator during operation, the generator is generally cooled using a refrigerant such as air, hydrogen or water in order to suppress overheating. If cooling is not performed, a temperature increase of at least 100 ° C. or more occurs, and the resin material constituting the generator is deteriorated, which causes a failure. For this reason, the cooling technology is very important.
- a refrigerant such as air, hydrogen or water
- FIG. 4 is a cross-sectional view showing a stator coil 10 of a generator according to the prior art.
- a wire insulation layer 12 is formed on the outer peripheral surface of the wire 11.
- a wire bundle is formed by the four wires 11 provided with the wire insulation layer 12.
- An interlayer insulating layer 13 is formed on the outer peripheral surface of the wire bundle (a portion of the wire insulating layer 12 located on the outer peripheral surface of the wire bundle).
- a wire bundle group is formed.
- a main insulating layer 14 is formed on an outer peripheral surface of the wire group (a portion of the interlayer insulating layer 13 located on the outer peripheral surface of the wire group).
- An outer insulating layer 15 is formed on the outer peripheral surface of the main insulating layer 14.
- the outer insulating layer 15 protects the main insulating layer 14 from dust, moisture, a voltage between coils, and the like.
- a mica tape is used as an insulating layer such as the main insulating layer 14 of the stator coil 10.
- a mica tape is a tape which uses glass fiber and a resin material as a base material, and coats this base material with mica powder and is bonded with an adhesive. Since mica has excellent insulation properties, the amount of coil insulation can be reduced by using mica tape.
- Patent Document 1 Japanese Patent No. 5159812
- an insulating material having high thermal conductivity is used as a material of the insulating layer of the coil side portion. Cooling performance is improved.
- Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2012-100458.
- the coil end portion is not in contact with metal (iron core), and there is a problem that adhesion between coil insulating materials is poor and voids are easily generated. Therefore, an insulating material with high thermal conductivity was used for the coil end portion. Even, the cooling performance can not be improved so much. For this reason, in order to cool the coil end portion, the flow of the refrigerant is controlled to efficiently expose the coil end portion to the refrigerant.
- Patent No. 5159812 gazette JP 2012-100458 A
- the cooling efficiency inside the iron core can be improved.
- the coil temperature can be reduced with a smaller air flow rate by improving the cooling performance of the coil end portion. If the flow rate at the coil end can be reduced, the air flow rate inside the core can be increased accordingly. Therefore, the cooling efficiency inside the iron core can be improved.
- the thermal conductivity of the insulating layer at the coil end can be increased by paying particular attention to the insulating material, the cooling performance of the rotating electrical machine including the inside of the iron core as well as the coil end can be improved.
- conventionally there has not been a technique for efficiently improving the thermal conductivity of the insulating layer at the coil end.
- the present invention can efficiently improve the thermal conductivity of the insulating layer of the coil end portion, thereby improving the cooling performance of the rotating electrical machine including the coil end portion and the inside of the iron core.
- An object of the present invention is to provide a coil of a rotating electrical machine.
- the present invention for achieving the above object is In a coil of a rotating electrical machine in which a main insulating layer is disposed on the outer peripheral side of a plurality of strands, The main insulating layer is formed by winding a high thermal conductivity mica tape, In the coil end portion of the coil, a first outer insulating layer made of a heat-shrinkable material is formed on the outer peripheral surface of the main insulating layer, In the coil end portion of the coil, a second outer insulating layer made of a high thermal conductivity resin material is formed on the outer peripheral surface of the first outer insulating layer.
- the present invention is further characterized in that the high thermal conductivity mica tape is a tape containing a high thermal conductivity material in the mica tape.
- the present invention is characterized in that the thermal conductivity of the high thermal conductivity mica tape is 0.4 to 1.2 W / mK.
- the heat shrinkable material is a heat shrinkable polymeric material tape.
- the high thermal conductivity resin material is a liquid crystal polymer or high thermal conductivity polyphenylene sulfide, or a resin material mixed with a filler material having high thermal conductivity.
- the thermal conductivity of the coil end portion can be particularly improved, and the overall cooling performance of the rotating electrical machine is improved including not only the coil end portion but also the coil side portion. can do.
- FIG. 10 is an image showing an image of heat conduction at a coil end, showing an image of heat conduction of a high thermal insulation system.
- FIG. 10 is an image diagram showing an image of heat conduction at a coil end, showing an image of heat conduction of a conventional insulation system. Sectional drawing which shows the stator coil of the generator which concerns on a prior art.
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing a coil end portion of a stator coil 110 of a generator according to an embodiment of the present invention.
- a wire insulation layer 112 is formed on the outer peripheral surface of the wire 111.
- a wire bundle is formed by the four wires 111 provided with the wire insulation layer 112.
- An interlayer insulating layer 113 is formed on the outer peripheral surface of the wire bundle (a portion of the wire insulation layer 112 located on the outer peripheral surface of the wire bundle).
- a wire bundle group is formed.
- a main insulating layer 114 is formed on the outer peripheral surface of the wire group (a portion of the interlayer insulating layer 113 located on the outer peripheral surface of the wire group). That is, the main insulating layer 114 is disposed on the outer peripheral side of the plurality of strands 111.
- the main insulating layer 114 is formed by winding a high thermal conductivity mica tape.
- the high thermal conductivity mica tape is a mica tape containing a high thermal conductivity material (high thermal conductivity filler material) such as hexagonal boron nitride, and is commercially available.
- the thermal conductivity of the high thermal conductivity mica tape is about 0.6 W / mK, and the thermal conductivity is about 1.5 times that of the conventional mica tape, and about 2 times that of the conventional one as an insulation system. Thermal conductivity improves.
- a high thermal conductivity mica tape aluminum oxide, beryllium oxide, magnesium oxide, aluminum nitride, silicon carbide etc. are adopted as a high thermal conductivity filler material.
- the thermal conductivity of the high thermal conductivity mica tape is 0.4 to 1.2 W / mK. Therefore, such a high thermal conductivity mica tape may be used to form the main insulating layer 114.
- a first outer insulating layer 115 is formed on the outer peripheral surface of the main insulating layer 114.
- the first outer insulating layer 115 is formed of a heat shrinkable material.
- a heat-shrinkable polymeric material tape such as a heat-shrinkable polyester tape or a PET (polyethylene terephthalate) tape can be used.
- the first outer insulating layer 115 formed of the heat shrink material shrinks in the heat treatment process. , And the main insulating layer 114 is tightened.
- the linear expansion coefficient of mica tape is 30 ⁇ 10 ⁇ 6 m / ° C. as a general value
- the expansion coefficient of the main insulating layer 114 is relative to 1 mm of the insulating layer. 1% to 2%.
- the expansion coefficient of the heat-shrinkable tape is 3% or more, it has an effect of preventing a decrease in adhesion and void formation due to the expansion of the mica tape and filling a slight void generated initially.
- first outer insulating layer 115 can also be formed by winding a tape of polyetheretherketone (PEEK) or a tape of polyolefin.
- PEEK polyetheretherketone
- a second outer insulating layer 116 is formed on the outer peripheral surface of the first outer insulating layer 115 in the coil end portion of the stator coil 110.
- the second outer insulating layer 116 is formed of a high thermal conductivity resin material.
- the high thermal conductivity resin material for example, liquid crystal polymer (LCP), high thermal conductivity polyphenylene sulfide (PPS) or the like can be applied.
- LCP liquid crystal polymer
- PPS high thermal conductivity polyphenylene sulfide
- the high thermal conductivity PPS has a thermal conductivity of 28.5 W / m ⁇ K.
- a general resin material such as polypropylene, polycarbonate (PC) or polyamide (PA) may be mixed with a filler material such as aluminum oxide.
- the main insulating layer 114 is formed by winding the high thermal conductivity mica tape, it has high thermal conductivity and can effectively cool the coil end portion. Further, by using a heat-shrinkable material as the first outer insulating layer 115, the insulating material such as the main insulating layer 114 can be compressed to improve the adhesion between the insulating materials, thereby preventing the deterioration of the thermal conductivity. . Furthermore, by using a high thermal conductive resin material as the outermost second outer insulating layer 116, it is possible to obtain the same thermal conductivity as metal (iron core) contact in the coil end as well as in the coil side. According to this insulation configuration, in the present embodiment, the thermal conductivity of the coil end portion can be improved, and further, the cooling performance of the entire stator of the generator can be improved.
- FIG. 3A shows the image of thermal conductivity of the high thermal conductivity insulation system as shown in FIG. 1
- FIG. 3B shows the image of thermal conductivity of the conventional insulation system.
- ⁇ 1mica 0.6 [W / m ⁇ K]
- ⁇ 2mica 0.4 [W / m ⁇ K]
- ⁇ x pet 0.5 [W / m ⁇ K]
- ⁇ x pps 28.5 [W / m ⁇ K]
- ⁇ x air 0.02 [W / m ⁇ K]
- ⁇ x glass 1.0 [W / m ⁇ K]
- dx 1mica 2 [mm]
- dx 2mica 2 [mm]
- dx pet 0.1 [mm]
- dx pps It is 0.1 [mm]
- dx air 0.02 [mm]
- dx glass 0.1 [mm].
- the embodiment of the present invention can improve the cooling performance of the coil end portion.
- the present invention can be applied not only to the stator coil of a generator, but also to the coil of each rotating electrical machine.
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- Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)
Abstract
素線(111)上には素線絶縁層(112),層間絶縁層(113)が形成されている。主絶縁層(114)は、高熱伝導性マイカテープを巻回して形成されている。コイルエンド部においては、熱収縮材料でなる第1の外層絶縁層(115)と、高熱伝導性樹脂でなる第2の外層絶縁層(116)が形成されている。これによりコイルのうち特にコイルエンド部の熱伝導性を向上させて冷却性能を向上することができる。
Description
本発明は回転電機のコイルに関し、コイル絶縁層の絶縁材料として独特な材料を採用することにより、特にコイルエンド部の冷却性能を向上するように工夫したものである。
発電機には運転時に数1000A以上の大電流が流れるため、過熱を抑制するために、一般的に空気や水素や水などの冷媒を用いて発電機の冷却を行う。もし冷却を行わない場合には、少なくとも100℃以上の温度上昇が発生し、発電機を構成する樹脂材料が劣化してしまうため、故障の原因となる。このため冷却技術は非常に重要である。
ここで発電機の固定子コイルの従来構造を説明する。
図4は、従来技術に係る発電機の固定子コイル10を示す断面図である。同図に示すように、素線11の外周面には素線絶縁層12が形成されている。素線絶縁層12が施された4本の素線11により素線束が形成されている。この素線束の外周面(素線絶縁層12のうち、素線束の外周面に位置する部分)には層間絶縁層13が形成されている。
図4は、従来技術に係る発電機の固定子コイル10を示す断面図である。同図に示すように、素線11の外周面には素線絶縁層12が形成されている。素線絶縁層12が施された4本の素線11により素線束が形成されている。この素線束の外周面(素線絶縁層12のうち、素線束の外周面に位置する部分)には層間絶縁層13が形成されている。
層間絶縁層13が形成された素線束が4本並んだ状態で、素線群が形成される。この素線群の外周面(層間絶縁層13のうち、素線群の外周面に位置する部分)には主絶縁層14が形成されている。
主絶縁層14の外周面には、外層絶縁層15が形成されている。外層絶縁層15は、主絶縁層14を、塵埃・湿気・コイル間電圧などから保護するものである。
固定子コイル10の主絶縁層14などの絶縁層は、一般にマイカテープが用いられる。マイカテープは、ガラス繊維や樹脂材料を基材とし、この基材にマイカ粉をまぶして接着材で貼り合わせたテープである。マイカは優れた絶縁特性を有しているため、マイカテープを用いることにより、コイル絶縁材の量を少なくすることができる。
次に、発電機などの回転電機のコイルの従来の冷却手法について、特許文献1,2を参照して説明する。
なお、コイルのうち、鉄心の内部(鉄心に形成されたスロット内)に位置している部分をコイルサイド部と称し、コイルのうち、鉄心の外部(鉄心に形成されたスロット外)に位置している部分をコイルエンド部と称する。
なお、コイルのうち、鉄心の内部(鉄心に形成されたスロット内)に位置している部分をコイルサイド部と称し、コイルのうち、鉄心の外部(鉄心に形成されたスロット外)に位置している部分をコイルエンド部と称する。
コイルのうちコイルサイド部の冷却性能を向上させることに関しては、特許文献1(特許第5159812号公報)に示すように、コイルサイド部の絶縁層の材料として、熱伝導性の高い絶縁材料を使用することで冷却性能を向上させている。
一方、コイルのうちコイルエンド部の冷却に関しては、特許文献2(特開2012-100458号公報)に示すように、冷媒の流れを制御することで冷却性能を向上させることが一般的である。
コイルエンド部は金属(鉄心)と接触しておらず、さらにコイル絶縁材料間の密着性が悪く空隙が発生しやすいといった課題があるため、コイルエンド部に熱伝導性の高い絶縁材料を使用したとしても、冷却性能をそれほど向上させることができない。このため、コイルエンド部の冷却をするには、冷媒の流れを制御してコイルエンド部が冷媒に効率的に晒されるようにしているのである。
コイルエンド部は金属(鉄心)と接触しておらず、さらにコイル絶縁材料間の密着性が悪く空隙が発生しやすいといった課題があるため、コイルエンド部に熱伝導性の高い絶縁材料を使用したとしても、冷却性能をそれほど向上させることができない。このため、コイルエンド部の冷却をするには、冷媒の流れを制御してコイルエンド部が冷媒に効率的に晒されるようにしているのである。
ここでコイルエンド部の冷却性能を向上させることで、鉄心内部の冷却効率を上げることが期待できる。例えば空気冷却の場合、コイルエンド部の冷却性能を向上させることで、より少ない空気流量でコイル温度を低下させることができる。コイルエンド部の流量を少なくできれば、その分、鉄心内部の空気流量を大きくすることができる。このため鉄心内部の冷却効率を向上することができる。
かかる理由により、特に絶縁材料に着目しコイルエンド部での絶縁層の熱伝導率を上げることができれば、コイルエンド部のみならず鉄心内部も含めた回転電機の冷却性能を向上することができる。
しかし、従来では、コイルエンド部の絶縁層の熱伝導率を効率的に向上させる技術は存在していなかった。
しかし、従来では、コイルエンド部の絶縁層の熱伝導率を効率的に向上させる技術は存在していなかった。
本発明は、上記の実情に鑑み、コイルエンド部の絶縁層の熱伝導率を効率的に向上させ、これによりコイルエンド部や鉄心内部も含めた回転電機の冷却性能を向上することができる、回転電機のコイルを提供することを目的とする。
上記の目的を達成する本発明は、
複数の素線の外周側に主絶縁層が配置されている回転電機のコイルにおいて、
前記主絶縁層は、高熱伝導性マイカテープを巻回して構成されており、
前記コイルのコイルエンド部では、前記主絶縁層の外周面に、熱収縮材料でなる第1の外層絶縁層が形成され、
前記コイルのコイルエンド部では、前記第1の外層絶縁層の外周面に、高熱伝導性樹脂材料でなる第2の外層絶縁層が形成されていることを特徴とする。
複数の素線の外周側に主絶縁層が配置されている回転電機のコイルにおいて、
前記主絶縁層は、高熱伝導性マイカテープを巻回して構成されており、
前記コイルのコイルエンド部では、前記主絶縁層の外周面に、熱収縮材料でなる第1の外層絶縁層が形成され、
前記コイルのコイルエンド部では、前記第1の外層絶縁層の外周面に、高熱伝導性樹脂材料でなる第2の外層絶縁層が形成されていることを特徴とする。
また本発明は、前記高熱伝導性マイカテープは、マイカテープに高熱伝導性材料を含んでいるテープであることを特徴とする。
また本発明は、前記高熱導電性マイカテープの熱伝導率は0.4~1.2W/mKであることを特徴とする。
また本発明は、前記熱収縮材料は熱収縮性高分子材料テープであることを特徴とする。
また本発明は、前記高熱伝導性樹脂材料は、液晶ポリマーまたは高熱伝導性ポリフェニレンサルファイド、または、樹脂材料に熱伝導性の高い充填材料を混ぜたものであることを特徴とする。
本発明によれば、回転電機のコイルのうち、特にコイルエンド部の熱伝導性を向上させることができ、コイルエンド部のみならず、コイルサイド部も含めて回転電機の全体の冷却性能を向上することができる。
以下、本発明に係る回転電機のコイルを、実施例に基づき詳細に説明する。
〔実施例〕
図1は、本発明の実施例に係る、発電機の固定子コイル110のうちコイルエンド部を示す断面図である。同図に示すように、素線111の外周面には素線絶縁層112が形成されている。素線絶縁層112が施された4本の素線111により素線束が形成されている。この素線束の外周面(素線絶縁層112のうち、素線束の外周面に位置する部分)には層間絶縁層113が形成されている。
図1は、本発明の実施例に係る、発電機の固定子コイル110のうちコイルエンド部を示す断面図である。同図に示すように、素線111の外周面には素線絶縁層112が形成されている。素線絶縁層112が施された4本の素線111により素線束が形成されている。この素線束の外周面(素線絶縁層112のうち、素線束の外周面に位置する部分)には層間絶縁層113が形成されている。
層間絶縁層113が形成された素線束が4本並んだ状態で、素線群が形成される。この素線群の外周面(層間絶縁層113のうち、素線群の外周面に位置する部分)には、主絶縁層114が形成されている。つまり、主絶縁層114は、複数の素線111の外周側に配置されている。
この主絶縁層114は、高熱伝導性マイカテープを巻回して形成されている。高熱伝導性マイカテープは、六方晶窒化ホウ素のような高熱伝導性材料(高熱伝導性フィラー材)を含むマイカテープであり、市販されているものである。
高熱伝導性マイカテープの熱伝導率は、0.6W/mK程度であり、従来品のマイカテープに比べて1.5倍程度の熱伝導性を持ち、絶縁システムとしては、従来品に比べて2倍程度に熱伝導率が向上する。
高熱伝導性マイカテープの熱伝導率は、0.6W/mK程度であり、従来品のマイカテープに比べて1.5倍程度の熱伝導性を持ち、絶縁システムとしては、従来品に比べて2倍程度に熱伝導率が向上する。
なお高熱伝導性マイカテープとしては、高熱伝導性フィラー材として、酸化アルミニウム、酸化ベリウム、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、炭化珪素等を採用したものもある。高熱伝導性フィラー材の種類や量に応じて、高熱伝導性マイカテープの熱伝導率は、0.4~1.2W/mKになる。
したがって、このような高熱伝導性マイカテープを用いて、主絶縁層114を形成してもよい。
したがって、このような高熱伝導性マイカテープを用いて、主絶縁層114を形成してもよい。
固定子コイル110のうちコイルエンド部では、主絶縁層114の外周面に第1の外層絶縁層115が形成されている。第1の外層絶縁層115は、熱収縮材料により形成されている。この熱収縮材料としては、熱収縮ポリエステルテープやPET(ポリエチレンテレフタレート)テープなどの熱収縮性高分子材料テープを使用できる。
発電機の固定子を製造する過程においては、過熱圧縮や真空加圧含浸などの熱処理工程があるため、熱収縮材料により形成されている第1の外層絶縁層115は、熱処理工程において熱収縮し、主絶縁層114を締め込んでいる。
発電機の固定子を製造する過程においては、過熱圧縮や真空加圧含浸などの熱処理工程があるため、熱収縮材料により形成されている第1の外層絶縁層115は、熱処理工程において熱収縮し、主絶縁層114を締め込んでいる。
一般的な値としてマイカテープの線膨張係数を30×10-6m/℃とした場合、固定子コイル110が100℃まで加熱されたとすると、主絶縁層114の膨張率は絶縁層1mmに対して1%~2%となる。これに対して、熱収縮テープの膨張率は3%以上であるため、マイカテープの膨張による密着性の低下・空隙発生を防ぐとともに、初期に発生していたわずかな空隙を埋める効果がある。
なお、第1の外層絶縁層115を、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)のテープや、ポリオレフィンのテープを巻回して形成することもできる。
固定子コイル110のうちコイルエンド部では、第1の外層絶縁層115の外周面に、第2の外層絶縁層116が形成されている。第2の外層絶縁層116は、高熱伝導性樹脂材料により形成されている。
高熱伝導性樹脂材料としては、例えば、液晶ポリマー(LCP)や、高熱伝導性ポリフェニレンサルファイド(PPS)などを適用できる。
高熱伝導性PPSは28.5W/m・Kの熱伝導率を持つ。これはチタンなど比較的熱伝導性の悪い金属と同等の値であり、一般的な発電機コイルエンド部外層として用いられるポリエチレン(~0.5W/m・K)やガラス繊維(~1.0W/m・K)と比較し大きな値である。
高熱伝導性樹脂材料としては、例えば、液晶ポリマー(LCP)や、高熱伝導性ポリフェニレンサルファイド(PPS)などを適用できる。
高熱伝導性PPSは28.5W/m・Kの熱伝導率を持つ。これはチタンなど比較的熱伝導性の悪い金属と同等の値であり、一般的な発電機コイルエンド部外層として用いられるポリエチレン(~0.5W/m・K)やガラス繊維(~1.0W/m・K)と比較し大きな値である。
高熱伝導性樹脂材料としては、ポリプロピレンや、ポリカーボネート(PC)や、ポリアミド(PA)などの一般的な樹脂材料に、酸化アルミニウムなどの充填材料を混ぜたものでもよい。
上述したように、本実施例では、主絶縁層114は、高熱伝導性マイカテープを巻回して形成されているため、熱伝導性が高く、コイルエンド部を効果的に冷却することができる。
また第1の外層絶縁層115として熱収縮材料を用いることで、主絶縁層114などの絶縁材料を圧縮し、絶縁材料間の密着性を向上させることで熱伝導率の悪化を防ぐことができる。
更に、最外層の第2の外層絶縁層116として高熱伝導樹脂材料を用いることで、コイルサイド部と同じく、コイルエンド部においても金属(鉄心)接触と同等の熱伝導性を得ることができる。
かかる絶縁構成により、本実施例では、コイルエンド部の熱伝導率を向上させ、更に、発電機の固定子全体の冷却性能を向上させることができる。
また第1の外層絶縁層115として熱収縮材料を用いることで、主絶縁層114などの絶縁材料を圧縮し、絶縁材料間の密着性を向上させることで熱伝導率の悪化を防ぐことができる。
更に、最外層の第2の外層絶縁層116として高熱伝導樹脂材料を用いることで、コイルサイド部と同じく、コイルエンド部においても金属(鉄心)接触と同等の熱伝導性を得ることができる。
かかる絶縁構成により、本実施例では、コイルエンド部の熱伝導率を向上させ、更に、発電機の固定子全体の冷却性能を向上させることができる。
次に、上記実施例における、コイルエンド部の冷却性能を評価する。
図2にコイルエンド部の熱伝導に関するイメージを示す。
図3Aは図1に示すような高熱伝導絶縁システムの熱伝導のイメージを示しており、図3Bは従来絶縁システムの熱伝導のイメージを示している。
図2にコイルエンド部の熱伝導に関するイメージを示す。
図3Aは図1に示すような高熱伝導絶縁システムの熱伝導のイメージを示しており、図3Bは従来絶縁システムの熱伝導のイメージを示している。
それぞれの絶縁層にフーリエの法則を適用すると、式(1),(2)のとおりである。
高熱伝導絶縁システムの場合
dQ1=λ1・dA1/dx1(Tair-Tcoil)・・・・(1)
従来絶縁システムの場合
dQ2=λ2・dA2/dx2(Tair-Tcoil)・・・・(2)
但し
Q1:高熱伝導絶縁システムの伝熱量[W]
Q2:従来絶縁システムの伝熱量[W]
λ1:高熱伝導絶縁システムの熱伝導率[W/m・K]
λ2:従来絶縁システムの熱伝導率[W/m・K]
A1:高熱伝導絶縁システムの面積[m2]
A2:従来絶縁システムの面積[m2]
x1:高熱伝導絶縁システムの絶縁厚さ[m]
x2:従来絶縁システムの絶縁厚さ[m]
Tair:空気の温度[℃]
Tcoil:素線の温度[℃]
高熱伝導絶縁システムの場合
dQ1=λ1・dA1/dx1(Tair-Tcoil)・・・・(1)
従来絶縁システムの場合
dQ2=λ2・dA2/dx2(Tair-Tcoil)・・・・(2)
但し
Q1:高熱伝導絶縁システムの伝熱量[W]
Q2:従来絶縁システムの伝熱量[W]
λ1:高熱伝導絶縁システムの熱伝導率[W/m・K]
λ2:従来絶縁システムの熱伝導率[W/m・K]
A1:高熱伝導絶縁システムの面積[m2]
A2:従来絶縁システムの面積[m2]
x1:高熱伝導絶縁システムの絶縁厚さ[m]
x2:従来絶縁システムの絶縁厚さ[m]
Tair:空気の温度[℃]
Tcoil:素線の温度[℃]
これを変形すると式(3),(4)のようになる。
式(1)より
dQ1/ dA1(dx1mica/λ1mica+dxpet/λxpet+dxpps/λxpps)=(Tair-Tcoil)・・・・(3)
式(2)より
dQ2/ dA2(dx2mica/λ2mica+dxair/λxair+dxglass/λxglass)=(Tair-Tcoil)・・・・(4)
但し
λ1mica:高熱伝導絶縁システムのマイカ層熱伝導率[W/m・K]
λ2mica:従来絶縁システムのマイカ層熱伝導率[W/m・K]
λxpet:熱収縮材料熱伝導率[W/m・K]
λxpps:高熱伝導材料(例としてPPS)の熱伝導率[W/m・K]
λxair:空隙の熱伝導率[W/m・K]
λxglass:ガラス繊維テープの熱伝導率[W/m・K]
dx1mica:高熱伝導絶縁システムのマイカ層絶縁厚さ[m]
dx2mica:従来絶縁システムのマイカ層絶縁厚さ[m]
dxpet:熱収縮材料絶縁厚さ[m]
dxpps:高熱伝導材料(例としてPPS)の絶縁厚さ[m]
dxair:空隙の絶縁厚さ[m]
dxglass:ガラス繊維テープの絶縁厚さ[m]
式(1)より
dQ1/ dA1(dx1mica/λ1mica+dxpet/λxpet+dxpps/λxpps)=(Tair-Tcoil)・・・・(3)
式(2)より
dQ2/ dA2(dx2mica/λ2mica+dxair/λxair+dxglass/λxglass)=(Tair-Tcoil)・・・・(4)
但し
λ1mica:高熱伝導絶縁システムのマイカ層熱伝導率[W/m・K]
λ2mica:従来絶縁システムのマイカ層熱伝導率[W/m・K]
λxpet:熱収縮材料熱伝導率[W/m・K]
λxpps:高熱伝導材料(例としてPPS)の熱伝導率[W/m・K]
λxair:空隙の熱伝導率[W/m・K]
λxglass:ガラス繊維テープの熱伝導率[W/m・K]
dx1mica:高熱伝導絶縁システムのマイカ層絶縁厚さ[m]
dx2mica:従来絶縁システムのマイカ層絶縁厚さ[m]
dxpet:熱収縮材料絶縁厚さ[m]
dxpps:高熱伝導材料(例としてPPS)の絶縁厚さ[m]
dxair:空隙の絶縁厚さ[m]
dxglass:ガラス繊維テープの絶縁厚さ[m]
それぞれの温度差が同じであると仮定すると、上記発明を用いた場合、1.6倍の熱量を持つ発熱体に対し従来絶縁と同程度の温度まで冷却することが可能となる。
即ち、式(3),(4)についてTair-Tcoilが等しいと仮定すると
dQ1/ dQ2≒1.6
となる。
但し
λ1mica=0.6[W/m・K], λ2mica=0.4[W/m・K], λxpet=0.5[W/m・K] , λxpps=28.5[W/m・K], λxair=0.02[W/m・K], λxglass=1.0[W/m・K], dx1mica=2[mm], dx2mica=2[mm], dxpet=0.1[mm], dxpps=0.1[mm], dxair=0.02[mm], dxglass=0.1[mm]である。
即ち、式(3),(4)についてTair-Tcoilが等しいと仮定すると
dQ1/ dQ2≒1.6
となる。
但し
λ1mica=0.6[W/m・K], λ2mica=0.4[W/m・K], λxpet=0.5[W/m・K] , λxpps=28.5[W/m・K], λxair=0.02[W/m・K], λxglass=1.0[W/m・K], dx1mica=2[mm], dx2mica=2[mm], dxpet=0.1[mm], dxpps=0.1[mm], dxair=0.02[mm], dxglass=0.1[mm]である。
以上のように、本発明の実施例によりコイルエンド部の冷却性能を向上させることが可能となる。
本発明は、発電機の固定子コイルのみならず、各回転電機のコイルにも適用することができる。
10,110 固定子コイル
11,111 素線
12,112 素線絶縁層
13,113 層間絶縁層
14,114 主絶縁層
15 外層絶縁層
115 第1の外層絶縁層
116 第2の外層絶縁層
11,111 素線
12,112 素線絶縁層
13,113 層間絶縁層
14,114 主絶縁層
15 外層絶縁層
115 第1の外層絶縁層
116 第2の外層絶縁層
Claims (5)
- 複数の素線の外周側に主絶縁層が配置されている回転電機のコイルにおいて、
前記主絶縁層は、高熱伝導性マイカテープを巻回して構成されており、
前記コイルのコイルエンド部では、前記主絶縁層の外周面に、熱収縮材料でなる第1の外層絶縁層が形成され、
前記コイルのコイルエンド部では、前記第1の外層絶縁層の外周面に、高熱伝導性樹脂材料でなる第2の外層絶縁層が形成されている、
ことを特徴とする回転電機のコイル。 - 請求項1において、
前記高熱伝導性マイカテープは、マイカテープに高熱伝導性材料を含んでいるテープである、
ことを特徴とする回転電機のコイル。 - 請求項1または請求項2において、
前記高熱導電性マイカテープの熱伝導率は0.4~1.2W/mKである、
ことを特徴とする回転電機のコイル。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
前記熱収縮材料は熱収縮性高分子材料テープである、
ことを特徴とする回転電機のコイル。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、
前記高熱伝導性樹脂材料は、液晶ポリマーまたは高熱伝導性ポリフェニレンサルファイド、または、樹脂材料に熱伝導性の高い充填材料を混ぜたものである、
ことを特徴とする回転電機のコイル。
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