(57)【要約】【課題】  電動機や発電機の固定子における電線の占積率を低下させず、電界緩和効果が確実で長期安定性に優れ、樹脂充填に関する問題を生じることなく、固定子鉄心の端部のティースにおける電界集中を緩和することができる回転電機を提供する。【解決手段】  固定子鉄心の端部のティースに電界緩和ブロックを装着するもので、金属製または樹脂製で、断面が円弧型や三角形型の部材を装着、または打ち抜いた板や部材を幅の小さくなる順に積層させた構成とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のフレームと、
前記フレームの内周面に固定した固定子と、
前記フレームの軸方向両端面に取り付けたブラケットと、
前記固定子の内周面と径方向の空隙を介して対向するようにして、前記ブラケットに、軸受を介して回転自在に支持した回転子とを備え、
前記固定子が、
前記フレームの内周面に固定され、複数のティースとスロットを有する薄板鋼板を積層して形成された固定子鉄心と、
絶縁材料のスロットライナ及びウェッジにより形成され、前記スロット内に装着されたスロット絶縁と、
電線を、前記スロット内に通し、軸方向の両端部が前記固定子鉄心の両端部から突出するようにして前記ティースに複数回巻回して形成された固定子コイルとを有し、
前記固定子鉄心の端部のティースに、その幅がコイルエンドの方向に向かって小さくなる電界緩和ブロックを装着したことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記電界緩和ブロックは、断面が円弧型で、金属製または樹脂製の部材であることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
前記電界緩和ブロックは、断面が三角形型で、金属製または樹脂製の部材であることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項４】
前記電界緩和ブロックは、次第にスロットの幅は大きく、ティースの幅は小さくなる複数の薄板鋼板または樹脂板が、スロットの幅は大きく、ティースの幅は小さくなる順に積層されたものであることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項５】
前記電界緩和ブロックは、幅の異なる金属製または樹脂製の部材が、幅の小さくなる順に積層されたものであることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機や電動機等として用いられる回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転電機は、一般的に、筒状のフレームと、前記フレームの内周面に固定した固定子と、前記フレームの軸方向両端面に取り付けたブラケットと、前記固定子の内周面と径方向の空隙を介して対向するようにして、前記ブラケットに、軸受を介して回転自在に支持した回転子とを備えて構成されている。
図６は、第１の従来技術における回転電機の固定子を示す図で、（ａ）は全体の斜視図、（ｂ）はコイルエンドの拡大図である。
図６（ａ），（ｂ）において、２１は固定子コイル、２２は固定子鉄心、２３はスロット、２４は電線、２５は口出線、２６はスロット絶縁、２６ａはスロットライナ、２６ｂはウェッジ、２７は相間絶縁紙、２８は電線保護用絶縁チューブ、２９は接続部絶縁、３０は緊縛ひも、３３はティースである。ここで、異相間の絶縁層（異相間絶縁層）は、異相の固定子コイル２１と固定子コイル２１の間に挿入された相間絶縁紙２７であり、対地間の絶縁層（対地間絶縁層）は、固定子コイル２１とスロット２３の間に挿入されたスロットライナ２６ａである。
定格運転時、回転電機の異相間絶縁層及び対地間絶縁層において、分担電圧がその絶縁厚さでの放電電圧よりも高いと部分放電を生じ、放電劣化により電線の絶縁皮膜の絶縁耐力が低下して固定子コイルが焼損することになる。このため、異相間絶縁層及び対地間絶縁層は、放電しない厚さを確保する必要があるが、同じ分担電圧でも、異相間絶縁層と対地間絶縁層において放電しない厚さは異なる。図７に、異相間絶縁層と対地間絶縁層における、絶縁層の厚さと放電電圧の関係図を示す。このように、同じ厚さでも異相間絶縁層より対地間絶縁層の方が放電電圧は低く（放電を生じやすく）なり、約２割の差がある。
この主な理由を以下に述べる。
図８は、回転電機の電界計算を行ったもので、（ａ）は異相間絶縁層の電位分布図、（ｂ）は対地間絶縁層の電位分布図である。前記電界計算は、有限要素法を用いて行い、高電圧側と低電圧側の間の電位差を１００として、その間の電位差が１０ずつになるように電位の等しい線（等電位線）を描いたものである。このように、異相間絶縁層はほぼ平等電界であるのに対し、対地間絶縁層は固定子鉄心２２の端部のティース３３が電界集中部となり、この部分の空間（空気中）３１で放電しやすい形状となっている。
このことから、対地間絶縁層における放電電圧を低下させないために、つまり前記空間３１における最大電界値を空気の絶縁破壊電圧以下に抑えるために対地間絶縁層の厚さは、異相間絶縁層の場合よりも約２割以上厚く構成されている。
図９は、第２の従来技術における固定子コイルの詳細を示す断面図である（例えば、特許文献１）。
図９において、１は高電圧回転機コイル、２は整列コイル導体、３は主絶縁層（絶縁テープ層）、４は外部コロナ防止層（低抵抗テープ層）、５はエンドコロナ防止層（高抵抗テープ層）、６は熱硬化性樹脂である。これは、外部コロナ防止層（低抵抗テープ層）４の両端部にエンドコロナ防止層（高抵抗テープ層）５が所定の幅で重ねて長さ方向に巻回されたもので、電界集中部である外部コロナ防止層（低抵抗テープ層）４の両端部に発生する沿面放電を抑制するものである。
図１０は、第３の従来技術における固定子を示す図で、（ａ）は部分側断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
図１０（ａ），（ｂ）において、１１は固定子、１２はスロット、１３は固定子の外周、１４は間隔片、１５は押さえ板、１６は固定子鉄心、１７は絶縁テープ、１８は固定子コイル、１９はくさび、２０は樹脂である。これは、間隔片１４が隠れるまで樹脂２０が厚く充填されたもので、電界集中部である間隔片１４の先端部に発生する気中放電を抑制するものである。
【特許文献１】特開平５−１５０９５号公報（第５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような従来の技術においては、次のような問題があった。
(1) 第１の従来技術における回転電機は、対地間絶縁層の厚さが厚く構成されたものであるが、電線の占積率が低下してしまうので、回転電機の効率が低下してしまう。
(2) 第２の従来技術における回転電機は、外部コロナ防止層（低抵抗テープ層）４の両端部にエンドコロナ防止層（高抵抗テープ層）５が所定の幅で重ねて軸方向に巻回されたものであるが、エンドコロナ防止層（高抵抗テープ層）５の最適な表面抵抗値の選定、接触抵抗の安定性、長期使用中における接着力及び表面抵抗値の低下が懸念される。
(3) 第３の従来技術における回転電機は、間隔片１４が隠れるまで樹脂２０が厚く充填されたものであるが、樹脂が漏出しない型の設計が簡単ではなく、型を取り付ける方法を考える必要がある。前記型は固定子鉄心の大きさが異なると使用できない。樹脂は耐クラック性を考慮したものを選定する必要がある。
本発明は、このような問題解決するためになされたもので、対地間絶縁層の厚さを厚くすることなく、長期信頼性等が懸念される電界緩和層を追加することなく、また型の製作や取り付け方法が簡単ではない樹脂充填の手段を用いることなく、対地間の放電特性を向上することができる回転電機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、筒状のフレームと、前記フレームの内周面に固定した固定子と、前記フレームの軸方向両端面に取り付けたブラケットと、前記固定子の内周面と径方向の空隙を介して対向するようにして、前記ブラケットに、軸受を介して回転自在に支持した回転子とを備え、前記固定子が、前記フレームの内周面に固定され、複数のティースとスロットを有する薄板鋼板を積層して形成された固定子鉄心と、絶縁材料のスロットライナ及びウェッジにより形成され、前記スロット内に装着されたスロット絶縁と、電線を、前記スロット内に通し、軸方向の両端部が前記固定子鉄心の両端部から突出するようにして前記ティースに複数回巻回して形成された固定子コイルとを有し、前記固定子鉄心の端部のティースに、その幅がコイルエンドの方向に向かって小さくなる電界緩和ブロックを装着するようにしたものである。
また、請求項２に記載の発明は、前記電界緩和ブロックを、断面が円弧型で、金属製または樹脂製の部材としたものである。
また、請求項３に記載の発明は、前記電界緩和ブロックを、断面が三角形型で、金属製または樹脂製の部材としたものである。
また、請求項４に記載の発明は、前記電界緩和ブロックを、次第にスロットの幅は大きく、ティースの幅は小さくなる複数の薄板鋼板または樹脂板が、スロットの幅は大きく、ティースの幅は小さくなる順に積層したものである。
また、請求項５に記載の発明は、前記電界緩和ブロックを、幅の異なる金属製または樹脂製の部材を、幅の小さくなる順に積層したものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、次のような効果がある。
請求項１に記載の発明によると、固定子鉄心の端部のティースに、金属製または樹脂製で、その幅がコイルエンドの方向に向かって小さくなる電界緩和ブロックが装着されているので、電線の占積率を低下させず、電界緩和効果が確実で長期安定性に優れ、樹脂充填に関する問題を生じることなく、固定子鉄心の端部のティースにおける電界集中を緩和することができ、対地間絶縁層における放電特性を向上することができる。
また、請求項２に記載の発明によると、前記電界緩和ブロックは、断面が円弧型で、金属製または樹脂製の部材としているので、請求項１の効果に加え、前記電界緩和ブロックを簡単に製作、装着することができる。
また、請求項３に記載の発明によると、前記電界緩和ブロックは、断面が三角形型で、金属製または樹脂製の部材としているので、請求項１の効果に加え、前記電界緩和ブロックを簡単に製作、装着することができる。
また、請求項４に記載の発明によると、前記電界緩和ブロックは、次第にスロットの幅は大きく、ティースの幅は小さくなる複数の薄板鋼板または樹脂板が、スロットの幅は大きく、ティースの幅は小さくなる順に積層されているので、請求項１の効果に加え、少ない部品点数で前記電界緩和ブロックを簡単に製作、装着することができる。
また、請求項５に記載の発明によると、前記電界緩和ブロックは、幅の異なる金属製または樹脂製の部材が、幅の小さくなる順に積層されているので、請求項１の効果に加え、前記電界緩和ブロックを簡単に製作、装着することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明の第１の実施例における電界緩和ブロックを示す図で、（ａ）は断面が円弧型、（ｂ）は三角形型、（ｃ）は四角形型の電界緩和ブロックが装着されたものである。これらは、固定子鉄心２２の端部のティース３３に、電界緩和ブロックが装着されたものである。前記電界緩和ブロックは、前記ティース３３における電界集中を緩和させるもので、その形状は、前記電界計算の結果から、その幅がコイルエンドの方向に向かって小さくなるものであればよく、円弧型、三角形型、四角形型等が考えられる。
本発明が第１の従来技術と異なるところは、外部コロナ防止層（低抵抗テープ層）とエンドコロナ防止層（高抵抗テープ層）を用いず、電界緩和ブロックを備えた点である。また、第２の従来技術と異なるところは、間隔片が隠れるまで樹脂を厚く充填することなく、電界緩和ブロックを備えた点である。このことにより、前記ティース３３における電界集中を緩和することができ、対地間絶縁層における放電特性を向上させることができる。
各電界緩和ブロックの具体的な実施例を、第２の実施例から第５の実施例において述べる。
【実施例２】
【０００８】
図２は、本発明の第２の実施例における電界緩和ブロックを示す図で、（ａ）は単体の斜視図、（ｂ）は固定子鉄心の端面に装着後の斜視図である。これは、固定子鉄心２２の端部のティース３３に、断面が円弧型で、金属製または樹脂製の電界緩和ブロック４１が装着されたものである。前記電界緩和ブロック４１の製作は、金属の場合は丸棒を中央部まで切削、または角棒の角を丸く加工することにより、樹脂の場合は金型への注型や丸棒の切削等により行う。また、ティース３３への装着は、ボルトでの締結、押さえ板による固定、溶接や接着等により行う。
【実施例３】
【０００９】
図３は、本発明の第３の実施例における電界緩和ブロックを示す図で、（ａ）は単体の斜視図、（ｂ）は固定子鉄心の端面に装着後の斜視図である。これは、固定子鉄心２２の端部のティース３３に、断面が三角形型で、金属製または樹脂製の電界緩和ブロック４２が装着されたものである。前記電界緩和ブロック４２の製作は、金属の場合は角棒の角を切削することにより、樹脂の場合は金型への注型や角棒の切削等により行う。また、ティース３３への装着は、ボルトでの締結、押さえ板による固定、溶接や接着等により行う。
【実施例４】
【００１０】
図４は、本発明の第４の実施例における電界緩和ブロックを示す図で、（ａ）は単体の斜視図、（ｂ）は固定子鉄心の端面に装着後の斜視図である。これは、固定子鉄心２２の端部のティース３３に、次第にスロットの幅Ｌ１は大きく、ティースの幅Ｌ２は小さくなる複数の薄板鋼板または樹脂板４３ａ、４３ｂ、４３ｃが、スロットの幅Ｌ１は大きく、ティースの幅Ｌ２は小さくなる順に積層されたものである。前記電界緩和ブロック４３ａ、４３ｂ、４３ｃの製作は、標準の薄板鋼板を打ち抜く時の打ち抜き型の大きさを変えて平板から打ち抜く等により行う。また、ティース３３への装着は、ボルトでの締結、押さえ板による固定、溶接や接着等により行う。なお、薄板鋼板または樹脂板の数は何枚でも良い。
【実施例５】
【００１１】
図５は、本発明の第５の実施例における電界緩和ブロックを示す図で、（ａ）は単体の斜視図、（ｂ）は固定子鉄心の端面に装着後の斜視図である。これは、固定子鉄心２２の端部のティース３３に、幅Ｌ３の異なる金属製または樹脂製の部材４４ａ、４４ｂ、４４ｃが、幅Ｌ３の小さくなる順に積層されたものである。前記電界緩和ブロック４４ａ、４４ｂ、４４ｃの製作は、金属の場合は平板や角棒を切断することにより、樹脂の場合は金型への注型や平板の切断等により行う。また、ティース３３への装着は、ボルトでの締結、押さえ板による固定、溶接や接着等により行う。なお、部材の積層回数は何回でも良い。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施例における電界緩和ブロックを示す断面図で、（ａ）は断面が円弧型、（ｂ）は三角形型、（ｃ）は四角形型の電界緩和ブロックが装着されたものである。。
【図２】本発明の第２の実施例における電界緩和ブロックを示す図で、（ａ）は単体の斜視図、（ｂ）は固定子鉄心の端面に装着後の斜視図である。
【図３】本発明の第３の実施例における電界緩和ブロックを示す図で、（ａ）は単体の斜視図、（ｂ）は固定子鉄心の端面に装着後の斜視図である。
【図４】本発明の第４の実施例における電界緩和ブロックを示す図で、（ａ）は単体の斜視図、（ｂ）は固定子鉄心の端面に装着後の斜視図である。
【図５】本発明の第５の実施例における電界緩和ブロックを示す図で、（ａ）は単体の斜視図、（ｂ）は固定子鉄心の端面に装着後の斜視図である。
【図６】第１の従来技術における回転電機の固定子を示す図で、（ａ）は全体の斜視図、（ｂ）はコイルエンドの拡大図である。
【図７】第１の従来技術中の異相間絶縁層と対地間絶縁層における、絶縁層の厚さと放電電圧の関係図である。
【図８】第１の従来技術において、回転電機の電界計算を行ったもので、（ａ）は異相間絶縁層の電位分布図、（ｂ）は対地間絶縁層の電位分布図である。
【図９】第２の従来技術における固定子コイルの詳細を示す断面図である。
【図１０】第３の従来技術における固定子を示す図で、（ａ）は部分側断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００１３】
１  高電圧回転機コイル
２  整列コイル導体
３  主絶縁層（絶縁テープ層）
４  外部コロナ防止層（低抵抗テープ層）
５  エンドコロナ防止層（高抵抗テープ層）
６  熱硬化性樹脂
１１  固定子
１２、２３  スロット
１３  固定子の外周
１４  間隔片
１５  押さえ板
１６、２２  固定子鉄心
１７  絶縁テープ
１８、２１  固定子コイル
１９  くさび
２０  樹脂
２４  電線
２４ａ  絶縁皮膜
２５  口出線
２６  スロット絶縁
２６ａ  スロットライナ
２６ｂ  ウェッジ
２７  相間絶縁紙
２８  電線保護用絶縁チューブ
２９  接続部絶縁
３０  緊縛ひも
３１  空間
３２  等電位線
３３  ティース
４１  電界緩和ブロック（円弧型）
４２  電界緩和ブロック（三角形型）
４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４４ａ、４４ｂ、４４ｃ  電界緩和ブロック（四角形型）
Ｌ１  電界緩和ブロックにおけるスロットの幅
Ｌ２  電界緩和ブロックにおけるティースの幅
Ｌ３  電界緩和ブロックの幅
【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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【図１０】
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