(57)【要約】【課題】本発明の課題は、簡単な手段によって固定子鉄心内のスロットの開口面、およびスロットの底面に介在する低抵抗コロナシールド層の劣化、焼損を防止し得る回転電機を提供することにある。【解決手段】本発明は、高周波成分を有する電圧で運転され、主絶縁層１０の表面に低抵抗コロナシールド層１４を形成した固定子コイル７を固定子鉄心５のスロット６内にスロットライナ１２を介して装着し、かつ、スロット６の開口面、およびスロット６の底面のスロットライナ１２層の層間、或いは低抵抗コロナシールド層１４とスロットライナ１２層間の何れか、或いは全てに充電電流を遮断する充電電流抑止手段（１６、１７、１８、２０）を設けたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と、該回転子の外径側に所定の空隙を介して対向配置される固定子とから成り、
前記固定子は、複数の電磁薄鋼板を軸方向に積層して構成された固定子鉄心と、該固定子鉄心の内径側に、軸方向に伸延し周方向に所定間隔をもって複数形成されたスロットと、これら複数のスロット内に装着された固定子コイルと、前記固定子鉄心の外径側を支持する固定子枠とを備え、
前記固定子コイルは、コイル導体と、該コイル導体の表面に形成された主絶縁層と、該主絶縁層の表面に設けられた低抵抗のコロナシールド層とから成ると共に、前記固定子鉄心のスロット内に前記低抵抗のコロナシールド層の表面に設けられた低抵抗のスロットライナ層を介して装着される直線部と、前記スロット外に張出したコイルエンド部とから構成され、前記スロット内の前記スロットの開口面で前記固定子コイルは楔によって嵌着固定され、かつ、高周波成分を有する電圧で運転される回転電機において、
前記スロットの開口面と前記スロットの底面の何れか、或いは両面の前記スロットライナ層の層間、或いは前記コロナシールド層と前記スロットライナ層間の何れか、或いは全てに、充電電流を抑止する充電電流抑止手段を設けたこと、
を特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、
前記充電電流抑止手段は、前記コロナシールド層、および前記スロットライナ層以上の抵抗率であること、
を特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の回転電機において、
前記充電電流抑止手段は、前記スロットの周方向端部の前記コイル対向面に凸部を設けたこと、
を特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１、２あるいは３のいずれかに記載の回転電機において、
前記充電電流抑止手段は、前記スロットの略周方向幅を一辺とする、成形された樹脂を主材とする硬質材料からなること、
を特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項１、２あるいは３のいずれかに記載の回転電機において、
前記充電電流抑止手段は、ワニスの浸透性が良い材料で形成されていること、
を特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項４５に記載の回転電機において、
前記ワニスの浸透性が良い材料は、マイカテープ、ガラスクロステープ、不織布、半導電性テープ、熱収縮テープのいずれかであること、
を特徴とする回転電機。
【請求項７】
請求項１、２あるいは３のいずれかに記載の回転電機において、
前記充電電流抑止手段は、前記スロットライナ層の抵抗率以上の抵抗率を有する前記スロットライナ層の基材であること、
を特徴とする回転電機。
【請求項８】
請求項１乃至６あるいは７のいずれかに記載の回転電機において、
前記充電電流抑止手段に示す材料を単一、或いは二種類以上で複合的に用いてなる、
ことを特徴とする回転電機。
【請求項９】
請求項１、２あるいは３のいずれかに記載の回転電機において、
前記スロットの開口面の前記楔と前記スロットライナ層間に、絶縁材料を配したこと、
を特徴とする回転電機。
【請求項１０】
請求項１乃至３あるいは９に記載の回転電機において、
前記充電電流抑止手段は、前記スロット外に張り出した前記スロットライナの全長、若しくは前記スロットから遠ざかる方向に対して伸延させて設置されていること、
を特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動機や発電機などの回転電機に係り、特に、高周波成分を有する電圧で駆動され、固定子コイルと固定子鉄心間に半導電性材料を介在させた回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、回転電機は、運転効率を高めるために高周波成分を有する電圧で駆動されている。
この高周波成分を有する駆動電圧は、例えばＩＧＢＴ等の高速スイッチング素子で構成される高周波電源等により得ており、高周波電源はケーブルを介して回転電機に接続されている。回転電機は、主として固定子コイルに使用する材料の違い、および固定子コイルの巻回方法の違いから2つに大別できる。一つは絶縁被覆コイルを対象にしたものであり、エナメル被覆をはじめとした絶縁コーティングが固定子コイル素線の表層に施され、所謂乱巻状に巻回されたこれらの固定子コイルの束が固定子鉄心の内径側に形成されたスロット内に固定子コイル保護用の絶縁シート材で袋巻（すし巻）状に包まれて配置される方法である。他方は亀甲型のダイヤモンドコイルやダイヤモンドコイルを1/2分割した所謂ワンターンハーフコイルを対象としたものであり、バー状の素線を複数本纏めて素固めし、素線束表層にマイカを主とする絶縁層、および1ｋΩ程度の半導電性の低抵抗コロナシールド層を順に巻回した型巻絶縁コイルが、1ｋΩ程度の半導電性のスロットライナで袋巻状に包まれて、固定子鉄心のスロット内に配置される方法である。一般に乱巻コイルを用いた回転電機は数百ボルトの駆動電圧を有する低圧型に、型巻絶縁コイルを用いた回転電機は低圧型以上の電圧より、数キロボルトの駆動電圧を有する高圧型に使用される。何れの固定子コイルでもコイル脱落防止のため、スロット開口部はウェッジ絶縁性の楔等で封止されている。
低圧型では、たとえば特許文献１に示されるように固定子コイル表面から固定子鉄心にかけて完全に絶縁物で覆われ、固定子コイルと対地間における絶縁破壊の弱点となるスロット開口部での沿面距離を増すために、複数の絶縁シート材の間に絶縁物を介在させて絶縁耐力を高めている。
高圧型では、固定子コイルと対地間における絶縁を主絶縁層が担っており、固定子コイル表面から固定子鉄心にかけて略同電位となるように、固定子コイル表層には半導電性材料が施され、さらに半導電性のスロットライナを介在させて、固定子コイルから固定子鉄心間を嵌着している。たとえば、特許文献２では、固定子コイル表層の半導電性材料の一部分に接地電位層を設け、同電位構造に対する信頼性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５９−１３６０３８号公報
【特許文献２】特開２００３−１６４０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
回転電機には、一般的に電源から印加される高周波成分を有する駆動電圧に、高周波電源、ケーブル、及び回転電機の特性インピーダンスの違いに伴い発生する高周波サージ電圧が重畳した電圧が入力される。その結果、回転電機には駆動電圧よりも高い入力電圧（最大で駆動電圧の２倍）が印加される。
従来の回転電機は、高周波の駆動電圧が比較的小さいため、サージ電圧が重畳された場合であっても、入力電圧は低く抑えられていた。また、入力電圧の立上り及び立下り時の過渡時間も比較的緩やかであったため、型巻絶縁コイルに施された半導電性の低抵抗コロナシールド層やスロットライナの電気的接触の不均一性による部分接触箇所での局所的な充電電流密度は低く抑えられ、低抵抗コロナシールド層やスロットライナを劣化、焼損させる問題は生じなかった。
ところが、近年、高周波電源用のスイッチング素子の高耐圧化及び高速化に基づく回転電機の高電圧化、更には低損失化が進められるようになり、サージ電圧が重畳された高周波の過大な入力電圧が、回転電機に印加されるようになった結果、従来の回転電機に比べて絶縁協調の重要性が増すと共に、短時間での急激な電圧変化により、低抵抗コロナシールド層とスロットライナとの部分接触箇所において、局所的に充電電流密度が増加し、低抵抗コロナシールド層やスロットライナの劣化、焼損が懸念されるようになった。
高圧型の回転電機では半導電性の低抵抗コロナシールド層、およびスロットライナを経由して、固定子コイルから固定子鉄心間に充電電流を流す構造であるため、これらの半導電性材料の過度の電流集中によって、局所的なジュール損に伴った焼損を発生させないように、略均一で良好な接触状態を形成させる必要がある。高圧型回転電機の固定子鉄心の幅方向面に関しては、鉄心が抜き打ち金型を用いて製作されているため寸法精度が高く、固定子コイルと固定子鉄心間は略均一な接触状態を実現できる。また、固定子鉄心が電磁薄鋼板等の金属材料であるために、半導電性材料のジュール損に対する熱拡散性が高く、焼損防止に対する信頼性も高い。一方、スロットの開口面、およびスロットの底面に関しては、固定子コイルは楔による固定子コイルの押付固定によって拘束されるため、上記幅方向面に比べて半導電性材料同士の接触状態に不均一性が生じ部分接触となり易いこと、さらにスロットの開口面は楔が絶縁物であるため、固定子コイルの半導電性層で生じたジュール損に対する熱拡散性が幅方向面に比べて低下し、焼損に陥りやすい傾向にあることが問題であった。
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、高耐圧化及び高速化するスイッチング素子を用いた電源から印加される駆動電圧に、サージ電圧が重畳した高周波・高電圧が回転電機に入力される場合であっても、簡単な手段によって固定子鉄心のスロットの開口面、およびスロットの底面に介在する低抵抗コロナシールド層やスロットライナの劣化、焼損を防止し得る回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の回転電機は、上記目的を達成するために、高周波成分を有する電圧で運転され、主絶縁層の表面に低抵抗コロナシールド層を形成した固定子コイルを、固定子鉄心に形成したスロット内にスロットライナを介して装着した回転電機において、固定子鉄心のスロットの開口面、およびスロットの底面に介在するスロットライナや低抵抗コロナシールド層間に、サージ電圧の重畳に伴って生じる局所的な高充電電流密度の低減に向けた充電電流抑止手段を設けたのである。
上記のように構成することで、スイッチング素子の高耐圧化、高速化により、固定子コイルと固定子鉄心間の充電電流が高まった場合でも、充電電流抑止手段によって半導電性層間の充電電流が低減されるので、従来に比べて局所的な高充電電流密度を低減でき、充電電流の集中による低抵抗コロナシールド層の劣化、焼損を防止できる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、高耐圧化及び高速化するスイッチング素子を用いた電源から印加される駆動電圧に、サージ電圧が重畳した高周波・高電圧が回転電機に入力される場合であっても、簡単な手段によって固定子鉄心のスロットの開口面、およびスロットの底面に介在するスロットライナと低抵抗コロナシールド層間の劣化、焼損を防止し得る回転電機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の回転電機の第１の実施の形態を示す固定子コイルの縦断面図である。
【図２】本発明の回転電機の第２の実施の形態を示す固定子コイルの縦断面図である。
【図３】本発明の回転電機の第３の実施の形態を示す固定子コイルの概略縦断面図である。
【図４】本発明の回転電機の第４の実施の形態を示す固定子コイルの概略縦断面図である。
【図５】本発明の回転電機の第５の実施の形態を示す固定子コイルの概略縦断面図である。
【図６】従来の回転電機を示す固定子コイルの縦断面図である。
【図７】高周波成分を有する電圧で運転される回転電機の固定子を示す斜視図である。
【図８】本発明の回転電機の第６の実施の形態を示す固定子コイルの概略縦断面図である。
【図９】本発明の回転電機の第６の変形例の実施の形態を示す固定子コイルの概略縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【０００８】
以下、本発明による回転電機の第１の実施の形態を図１に示し、従来の回転電機として図６及び図７に示す型巻絶縁コイルを用いた高電圧型の電動機との差異に基づいて説明する。尚、図１、図６、図７の同一符号は、同一構成部材を示す。
図６及び図７に示すように、電動機は、回転子（図示せず）と、この回転子の外径側に所定の空隙を介して対向配置される固定子３とで概略構成されている。
回転子は、通常、回転軸に支持された回転子鉄心と、この回転子鉄心に装着された回転子巻線とを備えている。
一方、固定子３は、複数の電磁薄鋼板を軸方向に積層して構成された固定子鉄心５と、この固定子鉄心５の内径側に、軸方向に伸延し周方向に所定間隔をもって複数形成されたスロット６と、これら複数のスロット６内に装着された固定子コイル７と、前記固定子鉄心５の外径側を支持する固定子枠８と、この固定子枠８の軸方向両端部に固定される図示しない端板と、この端板に前記回転軸を支承する図示しない軸受とから概略構成される。
前記固定子コイル７は、コイル導体９と、このコイル導体９の表面に形成された主絶縁層１０とから成り、また、固定子コイル７は、前記固定子鉄心５のスロット６内に装着される直線部７Ａと、スロット６外に張出したコイルエンド部７Ｂとから構成されている。
前記スロット６内に固定子コイル７の直線部７Ａを装着する際、上下方向に隣接する固定子コイル７間に絶縁材１１を介在し、更に、上下方向に隣接した固定子コイル７を一纏めにしてスロットライナ１２で覆った状態で装着し、スロット６の開口側に楔１３を嵌着して固定子コイル７をスロット６内に強固に支持している。
固定子コイル７のスロット６内に装着される直線部７Ａの主絶縁層１０の外周には、固定子鉄心５と固定子コイル７間を略同電位としてスロット内部での放電を防止するために、半導電性の低抵抗コロナシールド層１４が被覆され、低抵抗コロナシールド層１４と同等以下の抵抗を有する半導電性のスロットライナ１２、および固定子鉄心５と電気的に接触させている。また、固定子コイル７のコイルエンド部７Ｂにおいては、低抵抗コロナシールド層１４のスロット６外に張出した端部での電界集中によって沿面放電が発生し、これによって低抵抗コロナシールド層１４や主絶縁層１０を劣化させる虞があるので、低抵抗コロナシールド層１４の端部を覆って、固定子鉄心５から離れる方向に高抵抗コロナシールド層１５を被覆する場合もある。
このように構成された固定子コイル７が図示しない高周波電源に接続されて、電動機が駆動されるものである。
上述のように固定子コイル７を構成することで、スロット６内においては、主絶縁層１０と低抵抗コロナシールド層１４及びスロットライナ１２が、各々ほぼ全域に亘って密着して装着されている。
従来の回転電機は、高周波の駆動電圧が比較的小さいため、サージ電圧が重畳された場合であっても、入力電圧は低く抑えられていた。また、入力電圧の立上り及び立下り時の過渡時間も比較的緩やかであったため、固定子コイル７の半導電性の低抵抗コロナシールド層１４とスロットライナ１２との部分接触箇所での局所的な充電電流密度は低く抑えられ、低抵抗コロナシールド層１４やスロットライナ１２を劣化、焼損させる問題は生じなかった。
ところが、近年、高周波電源用のスイッチング素子の高耐圧化及び高速化に基づく回転電機の高電圧化、更には低損失化が進められるようになり、サージ電圧が重畳された高周波の過大な入力電圧が、回転電機に印加されるようになった結果、従来の回転電機に比べて絶縁協調の重要性が増すと共に、短時間での急激な電圧変化により、低抵抗コロナシールド層１４やスロットライナ１２の部分接触箇所において、局所的に充電電流密度が増加し、低抵抗コロナシールド層１４やスロットライナ１２の劣化、焼損が懸念されるようになった。
高圧型の回転電機の固定子鉄心５の幅方向面に関しては、固定子鉄心５が抜き打ち打ち抜き金型を用いて製作されているため寸法精度が高く、固定子コイル７と固定子鉄心５間は略均一な接触状態を実現でき、且つ、固定子鉄心５が電磁薄鋼板等が積層された金属材料であるために、半導電性材料のジュール損に対する熱拡散性が高く、焼損防止に対する信頼性も高い。一方、スロット６の開口面、およびスロット６の底面に関しては、固定子コイル７は楔１３による固定子コイル７の押付固定によって拘束されるため、上記幅方向面に比べて半導電性材料同士の接触状態に不均一性が生じて部分接触となり易いこと、さらにスロット６の開口面は楔１３が絶縁物であるため、固定子コイル７の半導電性層で生じたジュール損に対する熱拡散性が幅方向面に比べて低下し、焼損に陥りやすい傾向にあることがわかってきた。
そこで、本実施の形態では、図１に示す如く、スロットライナ１２の端末部を有する楔１３直下のスロット６の開口面において、スロットライナ１２間に、スロットライナ１２よりも高抵抗を有し、充電電流を低減する充電電流抑止層１６を介在させている。
このように充電電流抑止層１６を介在させることにより、スロット６の開口面で半導電性の低抵抗コロナシールド層１４とスロットライナ１２を経由して流れる固定子コイル７と固定子鉄心５間の充電電流パスを遮断し、半導電性材料同士の接触状態の不均一性に起因する局所的なジュール損を排除し、焼損を阻止することができる。
尚、本実施例では、固定子鉄心５のスロット６を通り固定子鉄心５出口部に至るスロットライナ１２の両端部まで充電電流抑止層１６を介在させている。
充電電流抑止層１６の電気的特性としては、絶縁性から半導電性に至る材料が適用できる。一般的には、低抵抗コロナシールド層１４とスロットライナ１２は夫々１ｋΩ程度の抵抗を有し、抵抗率は低抵抗コロナシールド層１４≧スロットライナ１２の関係であるため、充電電流抑止層１６は低抵抗コロナシールド層１４よりも高い抵抗率を有することが望ましい。
この充電電流抑止層１６には、固定子３の組立作業、およびスロット６開口部のクリアランス管理の容易性を鑑み、ＦＲＰのような硬質で加工性に富んだ材料が好適である。また、固定子３の組立後にワニスにて含浸・硬化される所謂全含浸絶縁方式を用いる場合等では、ワニス含浸による固定子コイル７の構成部材の膨張が期待できるため、マイカ、ガラスクロス、不織布等のようなワニスの浸透・膨張性が良い材料も好適である。さらに、低抵抗コロナシールド層１４よりも高抵抗を有する半導電性テープを用いてもよく、この場合は、予め焼損を阻止する抵抗値を見極めて使用すればよい。
これらの充電電流抑止層１６の実装に際しては、回転電機の組立製作段階において、低抵抗コロナシールド層１４が巻回された固定子コイル７がスロットライナ１２と共にスロット６内に配置された状態で、スロット６の開口面に図１の如く配置しされ、その後、楔１３にて嵌着させればよい。
このような充電電流抑止層１６を用いることで、スロット６の開口面におけるスロットライナ１２間の電流パスを遮断できるため、局所的なジュール損を抑止できることが理解され、その結果、充電電流の集中による低抵抗コロナシールド層１４やスロットライナ１２の劣化、焼損を防止されるできることが分かる。
ところで、本実施の形態においては、スロット６内とスロット６から外に張出したスロットライナ１２の両端部に至るまで充電電流抑止層１６を施したが、運転時の固定子コイル７の熱伸び等を考慮して、スロット６から外に張出したスロットライナ１２の端部よりも充電電流抑止層１６を伸延させても良い。尚、スロット６から遠ざかる方向に対しては、低抵抗コロナシールド層１４や、高抵抗コロナシールド層１５の外被材を兼ねるように伸延させても良い。
更に、全ての固定子コイル７において、充電電流抑止層１６を設けることが望ましいが、特に、インバータ制御における電動機への入力波形の印加電圧及び印加電圧の立上り、あるいは立下り時の電圧変化成分が極端に大きくなければ、インバータとの接続部から最初の１本或いは複数本の固定子コイル７にのみ適用してもよい。
本実施の形態ではスロットライナ１２間に充電電流抑止層１６を介在させたが、その限りではなく、低抵抗コロナシールド層１４とスロットライナ１２間に介在させてもよく、またスロットライナ１２が３層以上の層からなる場合であれば、各々のスロットライナ１２間に介在させてもよく、充電電流抑止層１６が介在する層が増すほど、電流低減に向けた信頼性が向上することは言うまでもない。
【実施例２】
【０００９】
次に、本発明による回転電機の第２の実施の形態を、図２に示す電動機の固定子コイル７の断面図に基づいて説明する。尚、図１、図６及び図７と同一符号は、同一構成部材を示すので、再度の詳細な説明は省略する。
本実施の形態は、図１に示す第１の実施の形態と基本的には同じであり、第１の実施の形態と異なる点は、充電電流抑止層１７の幅方向の終端形状である。固定子コイル７の角部は、曲率半径Ｒを有しており、このため、角部Ｒには固定子コイル７の低抵抗コロナシールド層１４とスロットライナ１２と固定子鉄心５間に空隙が形成され易くなると共に、空隙部のためにスロットライナ１２には皺、反り返り、うねりが生じる可能性があり、コイル７から固定子鉄心５間にかけての密着性が弱く、接触状態の不均一性が顕在化する場合がある。その結果、局所的な充電電流の集中に陥り低抵抗コロナシールド層１４やスロットライナ１２の劣化、焼損が生じる可能性があるため、角部Ｒを覆うように充電電流抑止層１７を施したものである。
具体的には、固定子コイル７の軸方向に対して配置される充電電流抑止層１７の幅方向角部に固定子コイル７の角部Ｒと同等の曲率半径を有する凸部を設け、スロット６の角部近傍の低抵抗コロナシールド層１４やスロットライナ１２の接触状態の不均一性を排除したものである。
このような充電電流抑止層１７を用いることで、固定子コイル７の角部Ｒ近傍にスロットライナ１２に皺やうねりが生じても、電流パスが遮断されるので接触状態の不均一性が不問となり、その結果、充電電流の集中による低抵抗コロナシールド層１４の劣化、焼損を防止することができる。
尚、本実施の形態においては、充電電流抑止層１７の幅方向角部に固定子コイル７の角部Ｒと同等の曲率半径を有する凸部を設けたが、この限りではなく、スロット６内の固定子コイル７の角部Ｒにおいて少なくとも固定子コイル７と固定子鉄心５間に空隙ができる範囲で低抵抗コロナシールド層１４とスロットライナ１２が不均一に接触することを防止するように充電電流抑止層１７が介在していればよい。
ところで、本実施の形態においては、スロット６内とスロット６から外に張出したスロットライナ１２の両端部に至るまで充電電流抑止層１７を施したが、運転時の固定子コイル７の熱伸び等を考慮して、スロット６から外に張出したスロットライナ１２の端部よりも充電電流抑止層１７を伸延させても良い。尚、スロット６から遠ざかる方向に対しては、低抵抗コロナシールド層１４や、高抵抗コロナシールド層１５の外被材を兼ねるように伸延させても良い。
更に、全ての固定子コイル７において、充電電流抑止層１７を設けることが望ましいが、特に、インバータ制御における電動機への入力波形の印加電圧及び印加電圧の立上り、あるいは立下り時の電圧変化成分が極端に大きくなければ、インバータとの接続部から最初の１本或いは複数本の固定子コイル７にのみ適用してもよい。
本実施の形態ではスロットライナ１２間に充電電流抑止層１７を介在させたが、その限りではなく、低抵抗コロナシールド層１４とスロットライナ１２間に介在させてもよく、またスロットライナ１２が３層以上の層からなる場合であれば、各々のスロットライナ１２間に介在させてもよく、充電電流抑止層１７が介在する層が増すほど、電流低減に向けた信頼性が向上することは言うまでもない。
【実施例３】
【００１０】
次に、本発明による回転電機の第３の実施の形態を、図３に示す電動機の固定子コイル７の断面図に基づいて説明する。本実施の形態においても、図１、図２、図６及び図７と同一符号は、同一構成部材を示すので、再度の詳細な説明は省略する。
本実施の形態は、図２に示す第２の実施の形態と基本的には同じであり、第２の実施の形態と異なる点は、スロット６の開口面に加えて、スロット６の底面にも充電電流抑止層１８を施したものである。
スロット６の開口面、およびスロット６の底面では、固定子コイル７は楔１３によって押付固定されるため、スロット幅方向面に比べて低抵抗コロナシールド層１４とスロットライナ１２の半導電性材料の接触状態に不均一性が生じ易い場合がある。また、スロット６の底面では、スロット６の開口面と同様に固定子コイル７の角部Ｒには空隙部が形成され易く、スロットライナ１２には皺、反り返り、うねりが生じ、半導電性材料の接触状態の不均一性を招く要因の一つとなって焼損に至る可能性があるため、スロット６の開口面、およびスロット６の底面の何れのスロットライナ１２間にも、充電電流抑止層１７、および１８を配置したのである。
具体的には、第２の実施の形態でスロット６の開口面に配置した充電電流抑止層１７と同一形状の充電電流抑止層１８をスロット６の底面のスロットライナ１２間に配置し、スロット６の底面、および固定子コイル７の角部Ｒ近傍の空隙の何れにおいても、低抵抗コロナシールド層１４やスロットライナ１２の接触状態の不均一性を排除したものである。
このような充電電流抑止層１７、および１８を用いることで、固定子コイル７の角部Ｒ近傍にスロットライナ１２に皺やうねりが生じても、電流パスが遮断されるので接触状態の不均一性が不問となり、その結果、充電電流の集中による低抵抗コロナシールド層１４の劣化、焼損を防止することができる。
充電電流抑止層１７、および１８の実装に関しては、回転電機の組立製作段階において、予めスロットライナ１２と充電電流抑止層１８を図３に示す層順にスロット６の底面に配置させてその上部に固定子コイル７を固定する。その後、スロット６の開口面に図３に示す層順に充電電流抑止層１７を配置し、楔１３によって嵌着させればよい。
このような充電電流抑止層１７、および１８を用いることで、スロット６の開口面、およびスロット６の底面と固定子コイル７の角部Ｒの空隙におけるスロットライナ１２間の電流パスを遮断できるため、局所的なジュール損を抑止できることが理解され、その結果、充電電流の集中による低抵抗コロナシールド層１４やスロットライナ１２の劣化、焼損を防止されるできることが分かる。
なお、本実施の形態においては、充電電流抑止層１７、および１８の幅方向角部に固定子コイル７の角部Ｒと同等の曲率半径を有する凸部を設けたが、この限りではなく、スロット６内の固定子コイル７の角部Ｒにおいて少なくとも固定子コイル７と固定子鉄心５間に空隙ができる範囲で低抵抗コロナシールド層１４とスロットライナ１２が不均一に接触することを防止するように充電電流抑止層１７、および１８が介在していればよい。
ところで、本実施の形態においては、スロット６内とスロット６から外に張出したスロットライナ１２の両端部に至るまで充電電流抑止層１７、および１８を施したが、運転時のコイル７の熱伸び等を考慮して、スロット６から外に張出したスロットライナ１２の端部よりも充電電流抑止層１７、および１８を伸延させても良い。尚、スロット６から遠ざかる方向に対しては、低抵抗コロナシールド層１４や、高抵抗コロナシールド層１５の外被材を兼ねるように伸延させても良い。
更に、全ての固定子コイル７において、充電電流抑止層１７、および１８を設けることが望ましいが、特に、インバータ制御における電動機への入力波形の印加電圧及び印加電圧の立上り、あるいは立下り時の電圧変化成分が極端に大きくなければ、インバータとの接続部から最初の１本或いは複数本の固定子コイル７にのみ適用してもよい。
本実施の形態ではスロットライナ１２間に充電電流抑止層１７、および１８を介在させたが、その限りではなく、低抵抗コロナシールド層１４とスロットライナ１２間に介在させてもよく、またスロットライナ１２が３層以上の層からなる場合であれば、各々のスロットライナ１２間に介在させてもよく、充電電流抑止層１７が介在する層が増すほど、電流低減に向けた信頼性が向上することは言うまでもない。
【実施例４】
【００１１】
次に、本発明による回転電機の第４の実施の形態を、図４に示す電動機の固定子コイル７の断面図に基づいて説明する。本実施の形態においても、図１、図２、図３、図６及び図７と同一符号は、同一構成部材を示すので、再度の詳細な説明は省略する。
本実施の形態は、第１〜第３の実施の形態と基本的には同じであり、楔１３とスロットライナ１２の間に楔１３の嵌着時におけるスロットライナ１２の保護に向けた保護シート１９を配置したものである。
すなわち、第１〜第３の実施の形態では、充電電流抑止層１６〜１８がスロット６の開口面とスロット６の底面に図１〜３に示す如く、適正に配置される必要がある。一方、楔１３は嵌着時に固定子コイル７の軸方向に打ち込み固定される場合があり、スロットライナ１２が破れたり、或いはずれたりして充電電流抑止層１６〜１８が適正位置に納まらない懸念がある。特に充電電流抑止層１６〜１８としてマイカ、ガラスクロス、不織布等の軟質材料を用いた場合には、楔１３の打ち込みでスロットライナ１２諸共、充電電流抑止層１６〜１８が引っ張られ、位置ずれが顕著に生じる場合がある。そこで、スロットライナ１２の最表層と固定子鉄心５間に保護シート１９を施し、楔１３が強力に打ち込み固定されたる場合であっても、保護シート１９によってスロットライナ１２、および充電電流抑止層１６〜１８の位置ずれを防止したのである。
具体的には、保護シート１９はＦＲＰ等のスリット６の幅と略同じ幅を有する硬質の絶縁物であることが望ましい。
このように構成することによって、第１から第３の実施の形態に示した充電電流抑止層１６〜１８を容易に適正配置することが可能となる。
なお、本実施の形態においては、楔１３が当接する全域に亘って保護シート１９を配置したが、この限りではなく、組立の容易性を鑑みてスロット６内とスロット６から外に張出したスロットライナ１２、および楔１３端部よりも保護シート１９を延伸させてもよい。
更に、全ての固定子コイル７において、保護シート１９を設けることが望ましいが、特に、インバータ制御における電動機への入力波形の印加電圧及び印加電圧の立上り、あるいは立下り時の電圧変化成分が極端に大きくなければ、インバータとの接続部から最初の１本或いは複数本の固定子コイル７にのみ適用してもよい。
【実施例５】
【００１２】
次に、本発明による回転電機の第５の実施の形態を、図５に示す電動機の固定子コイル７の断面図に基づいて説明する。本実施の形態においても、図１、図２、図３、図４、図６及び図７と同一符号は、同一構成部材を示すので、再度の詳細な説明は省略する。
本実施の形態は、第１〜第３の実施の形態と基本的には同じであり、充電電流抑止層１６〜１８の代わりに、固定子コイル７に対向するスロットライナ１２面に導電コートを設けず、スロットライナ１２の絶縁基材２０をそのまま巻回した形態である。一般にスロットライナ１２は絶縁基材（シート材）２０上にカーボン等の導電性材料を塗布したり、吹付けたりして導電コートし、半導電性の低抵抗材料としている。この工程は、固定子コイル７を固定子スロット６へ組込む前に行うものであり、本実施の形態は、予めスロット６の開口面、およびスロット６の底面に位置する部位に対して導電コートを施さないスロットライナ１２を使用することによって実現できる。
以上のような構成によれば、スロット６の開口面および底面に配置するスロットライナ１２の固定子コイル７の対向面をそれぞれ絶縁基材２０とすることによって絶縁基材２０が第１〜第３に示す充電電流抑止層１６〜１８と同等の効果を奏することが可能となる。
本実施の形態では、スロット６の開口面、およびスロット６の底面に配置されたスロットライナ１２の固定子コイル７の対向面を絶縁基材２０としたが、その限りではなく、当該部位の固定子コイル７の対向裏面も絶縁基材２０としてもよく、また、第２および第３の実施の形態に示す如く、固定子コイル７の角部Ｒに至るまで絶縁基材２０としてもよい。
更に、全ての固定子コイル７において、絶縁基材２０を設けることが望ましいが、特に、インバータ制御における電動機への入力波形の印加電圧及び印加電圧の立上り、あるいは立下り時の電圧変化成分が極端に大きくなければ、インバータとの接続部から最初の１本或いは複数本の固定子コイル７にのみ適用してもよい。
本実施の形態ではスロット６に近いおよび楔１３に当接すると共に、スロット６の開口面とスロット６の底面に位置するスロットライナ１２間に絶縁基材２０を介在させたが、その限りではなく、スロット６の開口面とスロット６の底面に位置する夫々のスロットライナ１２毎に介在させてもよく、絶縁基材２０が介在する層が増すほど、電流低減に向けた信頼性が向上することは言うまでもない。
【実施例６】
【００１３】
次に、本発明による回転電機の第６の実施の形態を、図８、および図９に示す電動機の固定子コイル７の断面図に基づいて説明する。本実施の形態においても、図１、図２、図３、図４、図５、図６及び図７と同一符号は、同一構成部材を示すので、再度の詳細な説明は省略する。
本実施の形態は、第１〜第５の実施の形態と基本的には同じであり、充電電流抑止層１６〜１８が異なる２つ以上の材質から構成されていることを特徴とする。本実施の形態では、一例として図８では充電電流抑止層１６ａ、および１６ｂを配置し、また図９では、上記充電電流抑止層１７ａ、１７ｂ、１８ａ、および１８ｂを配置している。充電電流抑止層１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ、１８ａ、および１８ｂの材料としては、マイカテープ、ガラスクロステープ、不織布、半導電性テープ、熱収縮テープが好適であり、絶縁基材２０を利用したものであっても良い。すなわち、当該充電電流抑止層１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ、１８ａ、および１８ｂは、スロットライナ１２や低抵抗コロナシールド層１４と比較して高抵抗を有するものである。また、楔１３の打ち込みの容易性や固定子コイル７のスロット５挿入時の損傷防止を鑑み、充電電流抑止層１６ａと１６ｂ、或いは１７ａ（１８ａ）と１７ｂ（１８ｂ）を比較した場合に、楔１３やスロット６に近い方の充電電流抑止層１６ａ、１７ａ、１８ａが他方１６ｂ、１７ｂ、１８ｂよりも硬質であることが望ましい。
以上のような構成によれば、スロット６の開口面および底面に配置するスロットライナ１２の固定子コイル７の対向面をそれぞれ２つ以上の材質から構成される充電電流抑止層１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ、１８ａ、および１８ｂとすることによって、第１〜第５に示す充電電流抑止層１６〜１８と同等の効果を奏することが可能となる。また、固定子コイル７に近い側の充電電流抑止層１６ｂ、１７ｂ、１８ｂと比較して、楔１３、或いはスロット５に近い側の充電電流抑止層１６ａ、１７ａ、１８ａを、より硬質材とすることにより、固定子コイル７の組立作業の容易性や固定子コイル７の損傷防止に対する信頼性向上を図ることができる。
更に、全ての固定子コイル７において、充電電流防止層１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ、１８ａ、および１８ｂを設けることが望ましいが、特に、インバータ制御における電動機への入力波形の印加電圧及び印加電圧の立上り、あるいは立下り時の電圧変化成分が極端に大きくなければ、インバータとの接続部から最初の１本或いは複数本の固定子コイル７にのみ適用してもよい。
本実施の形態ではスロット６に近いおよび楔１３に当接すると共に、スロット６の開口面とスロット６の底面に位置するスロットライナ１２間に充電電流防止層１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ、１８ａ、および１８ｂを介在させたが、その限りではなく、スロット６の開口面とスロット６の底面に位置する夫々のスロットライナ１２毎に介在させてもよく、絶縁基材２０が介在する層が増すほど、電流低減に向けた信頼性が向上することは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
以上の各説明は、回転電機として電動機を一例に説明したが、電動機に限らずタービン発電機やガスタービン発電機などの発電機にも適用できるのは勿論である。
【符号の説明】
【００１５】
３…固定子、５…固定子鉄心、６…スロット、７…固定子コイル、７Ａ…直線部、７Ｂ…コイルエンド部、８…固定子枠、９…コイル導体、１０…主絶縁層、１１…絶縁材、１２…スロットライナ、１３…楔、１４…低抵抗コロナシールド層、１５…高抵抗コロナシールド層、１６、１６ａ、１６ｂ、１７、１７ａ、１７ｂ、１８、１８ａ、１８ｂ…充電電流抑止層、１９…保護シート、２０…絶縁基材。
【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】
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