(57)【要約】【課題】コイル幅が狭い場合でも回転電機の体格を大きくすることなく固定子コイルのマルチターンを実現する。【解決手段】実施の形態の固定子コイルは、第１のターン部、第２のターン部及び段上げ部を備えている。第１のターン部は、鉄心の周りの１段目を周回する曲線部分と直線部分とを含む。第２のターン部は、前記鉄心の周りの２段目を周回する曲線部分と直線部分とを含む。段上げ部は、第１のターン部の直線部分と第２のターン部の直線部分とを前記第１及び第２のターン部の軸心方向からみて直線的に接続して段上げする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄心の周りの１段目を周回する曲線部分と直線部分とを含む第１のターン部と、
前記鉄心の周りの２段目を周回する曲線部分と直線部分とを含む第２のターン部と、
前記第１のターン部の直線部分と前記第２のターン部の直線部分とを前記第１及び第２のターン部の軸心方向からみて直線的に接続して段上げする段上げ部と、
を備える固定子コイル。
【請求項２】
前記段上げ部は、回転子の径方向からみて、前記鉄心との重なりを避ける位置に設けられている、
請求項１記載の固定子コイル。
【請求項３】
前記回転子の径方向からみて、前記鉄心からの磁束の漏れを遮蔽する遮蔽板上の、前記回転子側に最も近い位置で曲げられた曲げ部の位置よりも、前記段上げ部は、前記鉄心側から遠ざかる位置に設けられている、
請求項１又は２記載の固定子コイル。
【請求項４】
前記段上げ部は、前記回転子から遠ざかる方向に段上げされている、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の固定子コイル。
【請求項５】
３段目に位置する直線部分を含んだコイルエンド部と、
前記第２のターン部の直線部分と前記コイルエンド部の直線部分とを前記第１及び第２のターン部の軸心方向からみて直線的に接続して段上げする第２の段上げ部と、
をさらに備える請求項１ないし４のいずれか１項に記載の固定子コイル。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の固定子コイルを備えた回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、固定子コイル及び回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電プラントなどで使用される回転電機の固定子コイルは、例えば固定子鉄心に設けられた隣り合う一組のスロット内に収容された状態で配置されている。固定子コイルは、複数のターン数を有するときには、２ターン目以降では前のターンの端部を段上げすることによって、前のターンと次のターンとが接続される。
【０００３】
上述した段上げは、例えば亀甲コイルの端部でターン間に緩やかな勾配をつけることで行う場合がある。また、薄い平角導体を巻回するときの段上げは、コイル端部で平角導体一層分の勾配をつけることによって行う場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１４３０６８号公報
【特許文献２】特開２０１１−２５９５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前者の段上げ構造は、固定子コイル本体のコイル幅が狭い場合、素線を束ねた素線導体に対して、成形時に、３次元的な曲げ応力が強く加わることになるため、素線導体から素線がばらけやすくなる結果を招く。この対策としては、コイル幅を広くして段上げを緩やかにするために、回転電機の体格を大きくする必要がある。
【０００６】
一方、後者の段上げ構造は、固定子コイル本体のコイル幅が狭い場合、段上げ部分で素線導体どうしが物理的に干渉しないようにするために、やはり、回転電機の体格を大きくする必要がある。
【０００７】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、コイル幅が狭い場合でも回転電機の体格を大きくすることなくマルチターンを実現できる固定子コイル及び回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施の形態の固定子コイルは、第１のターン部、第２のターン部及び段上げ部を備えている。第１のターン部は、鉄心の周りの１段目を周回する曲線部分と直線部分とを含む。第２のターン部は、前記鉄心の周りの２段目を周回する曲線部分と直線部分とを含む。段上げ部は、第１のターン部の直線部分と第２のターン部の直線部分とを前記第１及び第２のターン部の軸心方向からみて直線的に接続して段上げする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る固定子コイルを備えた回転電機の構造を概略的に示す断面図。
【図２】図１の固定子コイルの周辺の構造を示す断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】図２の固定子コイルを示す斜視図。
【図５】図４の固定子コイルの平面図。
【図６】図４の固定子コイルの正面図。
【図７】図２のＢ−Ｂ断面図。
【図８】比較例１の固定子コイルの構造を示す断面図。
【図９】比較例２の固定子コイルの周辺の構造を示す断面図。
【図１０】比較例３の固定子コイルの周辺の構造を示す断面図。
【図１１】比較例４の固定子コイルの周辺の構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施の形態を図面に基づき説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る回転電機１０は、例えば発電プラントで用いられる発電機や電動機などである。回転電機１０は、固定子（ステータ）８、回転子（ロータ）１５などを備えている。なお、回転電機１０は、回転子１５の回転子軸１６の両端にそれぞれ対称的に設けられた例えばファン１７や通風ダクトを備えた冷却機構などを有している。
【００１１】
回転子軸１６は、固定子８を含む構造部分に軸受機構を介して支持されている。回転子１５は、回転子軸１６と一体的に設けられた回転子鉄心１２及び回転子コイル１４を備えている。一方、固定子８は、固定子鉄心５と固定子コイル７とを備えている。また、固定子８には、図２に示すように、外側間隔片２５、鉄心押え板２６、遮蔽板２７なども設けられている。鉄心押え板２６は、外側間隔片２５を介して、回転子１５の軸方向から固定子鉄心５を挟持する。遮蔽板２７は、固定子鉄心５からの磁束の漏れを遮蔽する。
【００１２】
固定子鉄心５は、例えば扇形に打ち抜かれた複数の電磁鋼板を環状に配置すると共に、図２に示すように、複数の電磁鋼板を回転子１５の軸方向に積層して構成されている。固定子鉄心５には、図３に示すように、固定子コイル７を収容するための複数のスロット１８が、回転子１５の周方向に分散して設けられている。
【００１３】
個々の固定子コイル７は、図３に示すように、隣り合う一組のスロット１８内にまたがった状態で収容される。固定子コイル７の収容されたスロット１８は、その開口部側から楔１９を打ち込まれて閉じられる。なお、固定子コイル７は、図３に示すように、例えば絶縁被覆の施された複数の素線２０ａを束ねて成形した素線導体２０と、この素線導体２０の外周に、マイカテープなどを多重巻回して形成される絶縁層２１と、この絶縁層２１のさらに外周にいわゆる半導電性テープなどを巻回して形成される電界緩和層（低抵抗コロナ防止層）２２などと、から構成されている。
【００１４】
固定子コイル７では、例えば幅７ｍｍ、高さ２ｍｍの複数の素線２０ａを、より合わせる素線転位が施され、例えば素線２０ａを２列１２段（図３では２列８段を例示）に束ねた幅１４ｍｍ×２４ｍｍの素線導体（素線束）２０が構成されている。さらに、固定子コイル７は、この素線導体２０の外周に上述した絶縁処理を施し、図４、図５に示すように、高さ７２ｍｍ（２４ｍｍ×３）となる２ターンのレーストラック形状に成形されている。
【００１５】
より具体的には、固定子コイル７は、図４〜図７に示すように、第１のターン部３１、第２のターン部３２、段上げ部（第１の段上げ部）３３、第２の段上げ部３４、コイルエンド部３５、コイルエンド部３６を主に備えている。第１のターン部３１は、固定子鉄心５の周りの１段目を周回する曲線部分３１ａと直線部分３１ｂとを有している。第２のターン部３２は、固定子鉄心５の周りの２段目を周回する曲線部分３２ａと直線部分３２ｂとを有している。
【００１６】
段上げ部３３は、図４〜図７に示すように、第１及び第２のターン部３１、３２の軸心方向（スロット１８の深さ方向）からみて、第１のターン部３１の直線部分３１ｂと第２のターン部３２の直線部分３２ｂとを直線的（ストレート）に接続して段上げする。詳述すると、段上げ部３３は、第１のターン部３１の直線部分３１ｂの終端箇所３１ｃと第２のターン部３２の直線部分３２ｂの先端箇所３２ｃとを前述したように直線的に接続して段上げする。つまり、段上げ部３３は、３次元的な曲げ（ひねり）を加えることなく、２次元的な高さ方向（スロットの深さ方向）への曲げによって、第１のターン部３１と第２のターン部３２とを接続する。
【００１７】
図４〜図６に示すように、一方のコイルエンド部３５は、固定子コイル本体の３段目に位置する直線部分３５ａを有している。他方のコイルエンド部３６は、固定子コイル本体の１段目に位置する直線部分３６ａを有している。すなわち、コイルエンド部３６の直線部分３６ａは、第１のターン部３１の直線部分３１ｂと直線的に接続されている。第２の段上げ部３４は、第１及び第２のターン部３１、３２の軸心方向からみて、第２のターン部３２の直線部分３２ｂとコイルエンド部３５の直線部分３５ａとを直線的に接続して段上げする。
【００１８】
また、段上げ部（第１の段上げ部）３３及び第２の段上げ部３４は、図２に示すように、回転子１５（回転子軸１６）の径方向からみて、固定子鉄心５との重なりを避ける位置に設けられている。さらに、段上げ部３３及び第２の段上げ部３４は、図２に示すように、回転子１５の径方向からみて、遮蔽板２７上の回転子１５側に最も近い位置で曲げられた曲げ部２７ａの位置よりも、固定子鉄心５側から遠ざかる位置に設けられている。また、段上げ部３３及び第２の段上げ部３４は、図２に示すように、回転子１５から遠ざかる方向に段上げされている。
【００１９】
ここで、このように構成された本実施形態の固定子コイル７と比較例１〜４の固定子コイル４７、５７、６７、７７とを比較する。図８は、比較例１の固定子コイル４７を、図７に示すＢ−Ｂ断面図と同じ方向からみた断面図であり、また、図９は、比較例２に係る１ターンの固定子コイル５７の周辺の構造を示す断面図である。さらに、図１０は、回転子１５の径方向からみて、段上げ部６３、６４が、固定子鉄心５と重なる位置に設けられた比較例３の固定子コイル６７の周辺の構造を示す断面図（固定子鉄心を部分的に破断して示す図）である。また、図１１は、段上げ部７３、７４が、固定子鉄心５へ近付く方向に段上げされた比較例４の固定子コイル７７の周辺の構造を示す断面図である。
【００２０】
比較例１の固定子コイル４７では、図８に示すように、段上げ部４７ａが、点線箇所４７ｂにて固定子コイル本体の他の部位と物理的に干渉し、実際には、段上げを構成することができなかった。これに対して、本実施形態の固定子コイル７は、図４〜図７に示すように、段上げ部３３をいわゆるエッジワイズ方向に曲げる（段上げする）ことで、段上げ部３３と固定子コイル本体の他の部位との物理的干渉を回避することが可能となる。
【００２１】
したがって、本実施形態の固定子コイル７によれば、素線導体２０を３次元的に曲げる工程がないため、成形時に、素線導体２０から素線２０ａがばらけ難くなり、成形性の向上を図ることができる。また、固定子コイル７によれば、コイル幅を広くして段上げを緩やかにする構成などを適用していないため、固定子コイルを内蔵する回転電機本体の体格が大きくなることなどを回避できる。
【００２２】
また、比較例２の固定子コイル５７は、図８に示した段上げによる物理的干渉を回避するために、図９に示すように、ターン数を１ターンにした固定子コイルである。このため、複数のターン数を有する固定子コイルと比べ、コイルとしての仕様上の制約を受けることが考えられる。これに対して、本実施形態の固定子コイル７では、段上げによる物理的干渉を回避しつつマルチターンを実現できるので、例えば発電プラントでの仕様に適した製品を作製することなどが可能となる。
【００２３】
また、比較例３の固定子コイル６７は、図１０に示すように、回転子１５の径方向からみて、段上げ部６３、６４が、固定子鉄心５と重なる位置に設けられている。このため、固定子鉄心におけるスロットの深さを、固定子コイル７と比べて例えば１．５倍以上、深くする必要がある。したがって、スロット内への固定子コイル６７の組み込み性が低下しこの点において課題が生じることになる。
【００２４】
一方、本実施形態の固定子コイル７は、段上げ部３３及び第２の段上げ部３４が、図２に示すように、回転子１５の径方向からみて、固定子鉄心５との重なりを避ける位置に設けられている。これにより、スロットを深くする形成する必要がなく、固定子コイル７の組み込み性を高めることができる。
【００２５】
さらに、比較例４の固定子コイル７７は、図１１に示すように、固定子鉄心５へ近付く方向に段上げ部７３、７４が段上げされている。比較例４の固定子コイル７７は、回転子１５（回転子軸１６）との物理的な干渉を避けるために、段上げ部７３、７４と回転子１５との間のギャップを大きくとる必要があり、例えば回転電機１０の体格を大きくする必要がある。
【００２６】
これに対して、本実施形態の固定子コイル７は、図２に示すように、段上げ部３３及び第２の段上げ部３４が、回転子１５から遠ざかる方向に段上げされている。さらに、本実施形態の固定子コイル７は、図２に示すように、段上げ部３３及び第２の段上げ部３４が、前述したように、回転子１５の径方向からみて、遮蔽板２７上の回転子１５側に最も近い位置で曲げられた曲げ部２７ａの位置よりも、固定子鉄心５側から遠ざかる位置に設けられている。
【００２７】
これにより、本実施形態の固定子コイル７によれば、段上げ部３３、３４と、遮蔽板２７又は回転子１５と、の物理的な干渉を阻止しつつ、部品レイアウト上のスペースが有効に活用されるので、回転電機１０の体格を例えば大きくすることなどを回避できる。
【００２８】
既述したように、本実施形態の固定子コイル７によれば、コイル幅が狭い場合でも回転電機１０の体格を大きくすることなく固定子鉄心５を周回するターン部のマルチターンを実現することができる。
【００２９】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３０】
５…固定子鉄心、７…固定子コイル、８…固定子、１０…回転電機、１２…回転子鉄心、１４…回転子コイル、１５…回転子、１６…回転子軸、１８…スロット、２０…素線導体、２０ａ…素線、２７…遮蔽板、２７ａ…曲げ部、３１…第１のターン部、３１ａ，３２ａ…曲線部分、３１ｂ，３２ｂ，３５ａ，３６ａ…直線部分、３１ｃ…終端箇所、３２…第２のターン部、３２ｃ…先端箇所、３３…段上げ部（第１の段上げ部）、３４…第２の段上げ部、３５，３６…コイルエンド部。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2014220929.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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