(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子鉄心に設けられた複数のスロット内にスロット絶縁物を介して界磁巻線と層間絶縁板を交互に挿入し、これらを楔下絶縁物を介して楔により押えるように構成した回転電機の回転子において、
前記界磁巻線の各層間に配置される前記層間絶縁板の軸方向の少なくとも一箇所を２分し、その一方の層間絶縁板の端部と他方の層間絶縁板の端部を重ね合せた部分とこれに隣接する界磁巻線を合わせた厚みが、他の部位の層間絶縁板とこれに隣接する界磁巻線を合わせた厚みと同じになるように前記２分した層間絶縁板を段継ぎする段継ぎ部を構成し、前記２分された層間絶縁板の前記段継ぎ部を含む一方の面を接着面として接着剤で前記界磁巻線に接着し、且つ前記段継ぎ部の層間絶縁板同士及び前記層間絶縁板の他方の面を別層の界磁巻線とは接着しないで滑り面として構成し、
前記層間絶縁板が２分され且つ前記段継ぎ部が構成される部位は、コイルエンド部近傍にあることを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項２】
請求項１記載の回転電機の回転子において、
前記段継ぎ部は、２分された層間絶縁板のそれぞれの端部を互い違いに切欠いて形成される少なくとも１段の段差部を組合せた段継ぎ部として構成されたことを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項３】
請求項１記載の回転電機の回転子において、
前記段継ぎ部は、２分された層間絶縁板のそれぞれの端部を切欠いて形成される切欠き段部を段差面が上向きに突き合わせるとともに、これら切欠き段部の段差面間に跨って形成される凹部に短形の層間絶縁板を設けた段継ぎ部として構成され、２分された一方の層間絶縁板に形成された切欠き段部の段差面と短形の層間絶縁板の重なり面を滑り面とし、他方の層間絶縁板に形成された切欠き段部の段差面と短形の層間絶縁板の重なり面を接着面として接着剤で接着されることを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項４】
請求項１記載の回転電機の回転子において、
前記段継ぎ部は、前記界磁巻線に前記層間絶縁板の厚み分に相当する深さに加工された溝内に２分された層間絶縁板の端部を重ね合せて挿入され且つこの重ね合せ部以外の層間絶縁板の部位と同一高さ面となるように構成されたことを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の回転電機の回転子において、
前記段継ぎ部で２分された層間絶縁板の端部同士の滑り面にフッ素樹脂コーティングを施したことを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の回転電機の回転子において、
前記段継ぎ部で２分された層間絶縁板の端部における重なり代は回転子鉄心長さに対して０．２％以上の長さとなるようにしたことを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の回転電機の回転子を備えたことを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばタービン発電機の回転子において、特にスロット内に収納される界磁巻線の層間絶縁板の剥離や破断を防止し得る構造の回転電機の回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、タービン発電機の回転子は、図５（ａ），（ｂ）に示すように鍛造された回転子鉄心１に磁極を残して加工された複数個のスロット２に対地絶縁用のスロット絶縁物３を介して界磁巻線４とガラス繊維積層板から構成された層間絶縁板５を交互に挿入し、最後に楔下絶縁ブロック６を介して楔７により押える構造を採用している。
【０００３】
このように界磁巻線４と層間絶縁板５が回転子鉄心１のスロット２に収められた構造においては、回転電機の起動や停止に伴う界磁巻線の温度変化が界磁巻線の各層及び同層の中での軸方向位置によって異なる。
【０００４】
したがって、この界磁巻線の温度変化に対する熱膨張や収縮が界磁巻線と層間絶縁板で異なるため、温度変化が生じるだけでも層間絶縁板には引張や圧縮応力が働く。さらに、界磁巻線の各層で温度変化が異なることによって熱膨張や収縮量に違いが生じ、界磁巻線との間に挟まれる層間絶縁板には摩擦による引張や圧縮応力も生じる。
【０００５】
また、運転中における回転子軸のたわみの影響でも、界磁巻線各層のたわみ量の違いによって層間絶縁板には引張や圧縮応力が生じる。
【０００６】
このように様々な要因で生じた引張応力は、ガラス繊維積層板から構成された層間絶縁板を界磁巻線から剥離させ、さらには層間絶縁板が界磁巻線から剥離したことによって発生する層間絶縁板内の応力集中は層間絶縁板を破断させて、層間短絡に至ることが知られている。
【０００７】
かかる層間短絡防止対策としては、層間絶縁板の一方の面のみを界磁巻線に合成樹脂接着剤で接着して層間絶縁板の位置ずれを防ぎ、他方の面と界磁巻線との接触面を滑り面として層間絶縁板に応力を発生することを防ぐ構成が広く採用されている。
【０００８】
また、層間絶縁板の両面に合成樹脂接着剤の代りに弾性接着剤を塗布することで層間絶縁板の位置ずれを防止しつつ、層間絶縁板に発生する応力を低減する構成も考えられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
さらに、層間絶縁板を界磁巻線の両面に接着して界磁巻線を回転子鉄心のスロットに挿入した際に層間絶縁板が二重になるように構成し、この二重の層間絶縁板の重ね面を滑り面とすることで界磁巻線の摩耗紛の発生を防止して層間短絡を防止する提案もなされている（例えば、特許文献２参照）。
【００１０】
また、層間短絡の防止策としては、層間絶縁板自体を用いずに界磁巻線全周に潤滑・耐摩耗性に優れたセラミックコーティングを塗布することで層間短絡を防止することも提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−２０９４６号公報
【特許文献２】特公平７−６７２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前者のように構成された層間絶縁板においては、接着剤が塗布されていない層間絶縁板の表面と界磁巻線との間の動摩擦係数が大きいため、起動や停止に伴う界磁巻線の熱膨張や収縮により層間絶縁板に破断が生じ、層間短絡に至る危険性がある。
【００１３】
ここで、特許文献１のように破断防止対策として合成樹脂接着剤の代りに弾性接着剤を使用したり、特許文献２のように層間絶縁板を二重にしたりすることで、層間短絡に至る可能性低減することができる。
【００１４】
しかし、破断防止対策として塗布される弾性接着剤やセラミックコーティングは、合成樹脂接着剤と比較して価格が高く、また層間絶縁板を二重にする場合には、界磁巻線を回転子鉄心のスロットに挿入する前に界磁巻線の裏面に層間絶縁板を貼る必要があり、スロット挿入時に層間絶縁板がずれる可能性を拭い切れない。また、層間絶縁板のずれが生じないように丁寧に界磁巻線をスロットに挿入することもまた手間がかかってしまうという問題がある。
【００１５】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、製造コストアップをすることなく、層間絶縁板に発生する応力を低減して層間絶縁板の界磁巻線からの剥離や破断を防止でき、また層間絶縁板が破断したとしても層間短絡することがない信頼性の高い回転電機の回転子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は上記の目的を達成するため、回転子鉄心に設けられた複数のスロット内にスロット絶縁物を介して界磁巻線と層間絶縁板を交互に挿入し、これらを楔下絶縁物を介して楔により押えるように構成した回転電機の回転子において、前記界磁巻線の各層間に配置される前記層間絶縁板の軸方向の少なくとも一箇所を２分し、その一方の層間絶縁板の端部と他方の層間絶縁板の端部を重ね合せた部分とこれに隣接する界磁巻線を合わせた厚みが、他の部位の層間絶縁板とこれに隣接する界磁巻線を合わせた厚みと同じになるように前記２分した層間絶縁板を段継ぎする段継ぎ部を構成し、前記２分された層間絶縁板の前記段継ぎ部を含む一方の面を接着面として接着剤で前記界磁巻線に接着し、且つ前記段継ぎ部の層間絶縁板同士及び前記層間絶縁板の他方の面を別層の界磁巻線とは接着しないで滑り面として構成し、前記層間絶縁板が２分され且つ前記段継ぎ部が構成される部位は、コイルエンド部近傍にあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、製造コストアップをすることなく、層間絶縁板に発生する応力を低減して層間絶縁板の界磁巻線からの剥離や破断を防止でき、また層間絶縁板が破断したとしても層間短絡することがなく、信頼性の高いものとなし得る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態における層間絶縁板の一部を軸方向に断面して示す拡大側面図。
【図２】同実施形態における他の構成例を示す図１と同様の拡大側面図。
【図３】本発明の第２の実施形態における層間絶縁板の一部を軸方向に断面して示す拡大側面図。
【図４】本発明の第３の実施形態における層間絶縁板の一部を軸方向に断面して示す拡大側面図。
【図５】（ａ），（ｂ）は回転電機の回転子の構成例を説明するためのもので、（ａ）は回転子鉄心の正面図、（ｂ）はスロット部の断面図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態における層間絶縁板の一部を軸方向の断面にして示す拡大側面図であり、本発明に係る回転子全体の構成については図５と同一なので、ここでは図５を併用しながら説明する。
【００２１】
第１の実施形態では、図５（ａ），（ｂ）に示すように回転子鉄心１に磁極を残して加工された複数個のスロット２に対地絶縁用のスロット絶縁物３を介して界磁巻線４と層間絶縁板５に代えて図１に示す構成の層間絶縁板５Ａを交互に挿入し、最後に楔下絶縁ブロック６を介して楔７により押えるように構成されている。
【００２２】
ここで、図１により層間絶縁板５Ａの詳細について説明する。
【００２３】
図１において、層間絶縁板５Ａはシラン処理ガラスクロスを基布とし、これにエポキシ樹脂を含浸塗布した後、連続して加熱し硬化させて製造した薄葉フレキシブルエポキシガラス積層板である。
【００２４】
この層間絶縁板５Ａを用いて、回転電機の起動時、停止時に界磁巻線４の相互間で軸方向に挿入される層間絶縁板に対して、高い応力が発生し、且つ層間絶縁板５Ａが剥離・破断する可能性が高い部位（例えばコイルエンド部近傍）を２分するとともに、それぞれの端部を互い違いに切欠いて形成される１段の段差部を組合せて段継ぎ部５Ａ−１を構成する。
【００２５】
この層間絶縁板５Ａの切欠き部は、２分する部位の積層材端部を数層剥ぎ取ることで形成される。この場合、層間絶縁板５Ａを段継ぎしたときに段継ぎ部５Ａ−１が層間絶縁板５Ａのもともとの厚さと同じ厚さになるように段部の切欠き深さが調整されるとともに、それぞれの重なり端部に若干の隙間が存するように重ねられる。
【００２６】
また、層間絶縁板５Ａの段継ぎ部５Ａ−１の重なり代“ａ”は鉄心長さに対して０．２％以上の長さとなるようにしてある。
【００２７】
このような構成の段継ぎ部５Ａ−１において、層間絶縁板５Ａの一方の面（下面）を接着面８として界磁巻線４に合成樹脂接着剤で貼り付け、他方の面（上面）を別層の界磁巻線４とは接着しないで滑り面１２としている。また、段継ぎ部５Ａ−１における層間絶縁板５Ａの重なり面も滑り面９としている。
【００２８】
さらに、段継ぎ部５Ａ−１以外の他の部位においても、層間絶縁板５Ａの一方の面（下面）を接着面８として界磁巻線４に合成樹脂接着剤で貼り付け、他方の面（上面）を別層の界磁巻線４とは接着しないで滑り面１２としている。
【００２９】
したがって、界磁巻線４と上記構成の層間絶縁板５Ａが回転子鉄心１のスロット２に収められた構造において、層間絶縁板５Ａが応力の発生により界磁巻線４から剥離してしまったとしても、層間絶縁板５Ａは段継ぎ部５Ａ−１を有し、この段継ぎ部５Ａ−１において２分された層間絶縁板同士が滑ることができるので、段継ぎ部を設けない層間絶縁板と比較して層間絶縁板５Ａに発生する応力を低減することができる。
【００３０】
しかも、上下の段継ぎ部５Ａ−１で２分された上下の層間絶縁板５Ａのどちらか一方が引張り応力に耐え切れず破断したとしても、もう一方の層間絶縁板５Ａ−１が存在するため、その上下の界磁巻線４間に層間絶縁板が存在しない区間ができることなく、層間短絡の発生を防止できる。
【００３１】
このように本発明の第１の実施形態によれば、回転電機の運転中に回転子軸のたわみや、起動、停止時の温度変化により界磁巻線が熱膨張や収縮しても、層間絶縁板５Ａが破断に至ることなく、もし層間絶縁板５Ａが破断したとしても層間絶縁板５Ａの段継ぎ部５Ａ−１においては２分された層間絶縁板の一方が存在するので、界磁巻線の層間短絡の発生を防止することができる。
【００３２】
上記第１の実施形態では、層間絶縁板５Ａが剥離・破断する可能性が高い部位（例えばコイルエンド部近傍）を２分するとともに、それぞれの端部を切欠いて形成された段部を互い違いに組合せて段継ぎ部５Ａ−１を構成する場合について述べたが、図２に示すように層間絶縁板５Ａ´が剥離・破断する可能性が高い部位（例えばコイルエンド部近傍）を２分するとともに、それぞれの端部を複数の段部が形成されるように切欠き、これらの各段部を互い違いに組合せて段継ぎ部５Ａ´−１を構成しても前述同様の作用効果を得ることができる。
【００３３】
（第２の実施形態）
図３は本発明の第２の実施形態における層間絶縁板の一部を軸方向に断面して示す拡大側面図であり、第１の実施形態と同一構成部分には同一符号を付し、ここでは重複する説明は省略する。なお、本発明に係る回転子全体の構成については図５と同一なので、ここでは図５を併用しながら説明する。
【００３４】
第２の実施形態では、層間絶縁板５Ｂを用いて、回転電機の起動時、停止時に界磁巻線４の相互間で軸方向に挿入される層間絶縁板に対して、高い応力が発生し、且つ層間絶縁板５Ｂが剥離・破断する可能性が高い部位（例えばコイルエンド部近傍）を２分してそれぞれの端部に切欠き段部を形成し、これら切欠き段部を段差面が上向きに且つ若干の間隙を存して突き合わせるとともに、これら切欠き段部の段差面間に跨って形成される凹部に短形の層間絶縁板１０を設けて段継ぎ部５Ｂ−１を構成する。
【００３５】
この層間絶縁板５Ｂの切欠き段部は、２分する部位の積層材端部を数層剥ぎ取ることで形成される。この場合、層間絶縁板５Ｂを段継ぎしたときに段継ぎ部５Ｂ−１が層間絶縁板５Ｂのもともとの厚さと同じ厚さになるように段部の切欠き深さと短形の層間絶縁板１０の厚みが調整されるとともに、それぞれの端部に若干の隙間が存するように重ねられる。
【００３６】
また、層間絶縁板５Ｂの段差面と短形の層間絶縁板１０の重なり代“ａ”は鉄心長さに対して０．２％以上の長さとなるようにしてある。
【００３７】
このような構成の段継ぎ部５Ｂ−１において、層間絶縁板５Ｂの一方の面（下面）を接着面８として界磁巻線４に合成樹脂接着剤で貼り付け、層間絶縁板５Ｂの他方の面（上面）及び短形の層間絶縁板１０の凹部側と反対側の面を別層の界磁巻線４とは接着しないで滑り面１２としている。
【００３８】
また、段継ぎ部５Ｂ−１において、一方の層間絶縁板５Ｂに形成された切欠き段部の段差面と短形の層間絶縁板１０の重なり面を滑り面９とし、他方の層間絶縁板５Ｂに形成された切欠き段部の段差面と短形の層間絶縁板１０の重なり面を接着面８として合成樹脂接着剤で貼り付けている。
【００３９】
さらに、段継ぎ部５Ｂ−１以外の他の部位においても、層間絶縁板５Ｂの一方の面（下面）を接着面８として界磁巻線４に合成樹脂接着剤で貼り付け、他方の面（上面）を別層の界磁巻線４とは接着しないで滑り面１２としている。
【００４０】
このように本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果が得られることに加えて、層間絶縁板を多数段継ぎする場合には層間絶縁板を界磁巻線に貼り付ける順番を考慮する必要がないという利点ある上、回転電機の運転中に回転子軸のたわみや、起動、停止時の温度変化により界磁巻線が熱膨張や収縮しても、層間絶縁板５Ｂが破断に至ることなく、もし層間絶縁板５Ｂが破断したとしても層間絶縁板５Ｂの段継ぎ部５Ｂ−１においては２分された層間絶縁板５Ｂの一方及び短形の層間絶縁板１０が存在するので、界磁巻線の層間短絡の発生を防止することができる。
【００４１】
（第３の実施形態）
図４は本発明の第３の実施形態における層間絶縁板の一部を軸方向に断面して示す拡大側面図であり、第１の実施形態と同一構成部分には同一符号を付し、ここでは重複する説明は省略する。なお、本発明に係る回転子全体の構成については図５と同一なので、ここでは図５を併用しながら説明する。
【００４２】
第３の実施形態では、層間絶縁板５Ｃに切欠き段部を加工することが困難な場合、この層間絶縁板５Ｃを加工しないで、層間絶縁板が剥離・破断する可能性が高い部位（例えばコイルエンド部近傍）に対応する界磁巻線４部分に層間絶縁板５Ｃの厚み分に相当する深さの溝１１を加工し、この溝１１内に２分された一方の層間絶縁板５Ｃの端部を折り曲げて挿入し、その上に他方の層間絶縁板５Ｃの端部を重ね合せて挿入する。
【００４３】
この場合、それぞれの重なり端部に若干の隙間が存するように重ねられ、また層間絶縁板５Ｃ端部の重なり代“ａ”は鉄心長さに対して０．２％以上の長さとなるようにしてある。また、層間絶縁板５Ｃの重ね合せ端部とそれ以外の部位の層間絶縁板５Ｃとは同一高さ面となるように溝深さが調整されている。
【００４４】
このような構成の層間絶縁板５Ｃの重ね合せ端部において、一方の層間絶縁板５Ｃの溝底面側を接着面８として界磁巻線４に合成樹脂接着剤で貼り付け、他方の層間絶縁板５Ｃとの重ね合せ部の接触面は接着せず、潤滑性を向上させるためフッ素樹脂を施して滑り面９としている。
【００４５】
このように層間絶縁板５Ｃの重ね合せ部の接触面にフッ素樹脂を施したことにより、層間絶縁板に生じる応力をさらに低減できる。
【００４６】
また、層間絶縁板５Ｃの重ね合せ端部以外の他の部位においても、２分されたそれぞれの層間絶縁板５Ｃの下面を接着面８として界磁巻線４に合成樹脂接着剤で貼り付け、上面を別層の界磁巻線４とは接着しないで滑り面１２としている。
【００４７】
このように本発明の第３の実施形態によれば、層間絶縁板を加工しないでも第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる上、回転電機の運転中に回転子軸のたわみや、起動、停止時の温度変化により界磁巻線が熱膨張や収縮しても、フッ素樹脂のコーティングによる滑り効果も加わり層間絶縁板５Ｃが破断に至ることなく、もし層間絶縁板５Ｃが破断したとしても界磁巻線４の層間絶縁板が剥離・破断する可能性が高い部位に設けられた溝１１部で２分された層間絶縁板５Ｃの端部が重ね合せられて二重継ぎされているので、この部分での界磁巻線の層間短絡の発生を防止することができる。
【００４８】
なお、前述した第１の実施形態及び第２の実施形態においては、特に言及しなかったが、第３の実施形態と同様に２分された層間絶縁板の端部同士の滑り面にフッ素樹脂コーティングを施すことにより、より潤滑性がよくなることは言うまでもない。
【００４９】
この他、本発明は上記し且つ図面に示す実施形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で種々変更して実施できるものである。
【符号の説明】
【００５０】
１…回転子鉄心、２…スロット、３…スロット絶縁物、４…界磁巻線、５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ…層間絶縁板、５Ａ−１，５Ｂ−１…段継ぎ部、６…楔下絶縁ブロック、７…楔、８…接着面、９，１２…滑り面、１０…短形の層間絶縁板、１１…溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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