(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコアの最外縁のヨーク部（８）から半径方向内側に、ロータに向かってステータコアに形成されたステータスロット（６）に挿入された柔軟性を有するケーブルからなるステータ巻線を有する回転電気装置であって、
前記ステータスロット（６）は、巻線を構成するそれぞれのケーブルが、同じステータスロットに収容された直前の巻き線と、スロットの開口から見て外に位置する次のショルダー部との間に固定されるようにスロットの壁面に設けられたショルダー部（１２、１４、２４、２８）を有する、ダブルスロット状であることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記ステータコアの軸方向に垂直な面において、前記ステータコアの円周方向に互いに隣接する２つのケーブルが接している点と、前記ショルダー部のうちの当該隣接する２つのケーブルと接している部分と、の間の距離のうちの最大の値が、前記ステータスロットに挿入される前のケーブルの直径よりも小さい、好ましくはケーブルの直径よりも０．１ｍｍからその数倍程度小さいことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ショルダー部（１２、１４、２４、２８）には、半径がケーブル（２０、２２、２６）の半径よりも小さい丸みがつけられていることを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の装置。
【請求項４】
前記ステータスロット（６）の底部に位置するスロット壁面には円形の開口したケーブルスロット（１０）が形成されており、当該ケーブルスロットの半径はケーブル（２０）の半径と実質的に同一であり、ステータスロット内の最初の巻線をこのケーブルスロットに固定することができるように当該開口の角度は１８０°より小さいことを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の装置。
【請求項５】
弾性材料の線材（３０）が、ステータスロット内で隣接するケーブル（２０、２２、２６）の間の空間に挿入されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の装置。
【請求項６】
前記線材（３０）は、厚肉のチューブからなることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記線材（３０）は、均質な細長い部材からなることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記線材（３０）は、シリコーンゴムからなることを特徴とする請求項５ないし７の何れかに記載の装置。
【請求項９】
前記線材（３０）は、弾性発泡ゴムからなることを特徴とする請求項５ないし７の何れかに記載の装置。
【請求項１０】
前記線材（３０）の寸法は、ケーブル（２０、２２、２６）の直径のばらつきを吸収し、ケーブルが常にスロットの壁面から押圧力を受けるように定められていることを特徴とする請求項５ないし９の何れかに記載の装置。
【請求項１１】
前記ステータスロット内に収容された２つの層をなすケーブル（２０、２６、・・・と２２）の間に弾性材料からなるシート（３２）が挿入されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の装置。
【請求項１２】
前記シート（３２）は、発泡ゴムからなることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記シート（３２）の厚さは、ケーブル（２０、２２、２６）の直径のばらつきを吸収し、ケーブルが常にスロットの壁面から押圧力を受けるように定められていることを特徴とする請求項１１または１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記ケーブル（１、２０、２２、２６）は、導電性のコアを包む絶縁システムを有し、当該絶縁システムは、固体絶縁層（４）の両面にそれぞれ設けられた２つの半導体層（３、５）を有し、当該半導体層は実質的に等電位面を形成することを特徴とする請求項１ないし１３の何れかに記載の装置。
【請求項１５】
前記固体絶縁層（４）と、これを取り囲む半導体層（３、５）の電気絶縁強度は、３ｋＶ／ｍｍより大きい、好ましくは５ｋＶ／ｍｍより大きいことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
回転電気装置のステータコアに形成した開放型ステータスロットに挿入された柔軟性を有するケーブルで構成されるステータ巻線の製造方法であって、第１のケーブル（２０）をステータスロット（１６）の開口部から挿入して、押し込まれたケーブルを固定するようにステータスロットの低部に形成されたケーブルスロット（１０）に押し込んで固定し、次に第２のケーブル（２２）をステータスロットの開口から挿入して、前記第１のケーブルとスロットの壁面の第１のケーブルに対向する位置に形成された固定ショルダー部（２４）との間に固定し、その後、第３のケーブル（２６）をステータスロットの開口から挿入して、前記第２のケーブル（２２）とスロットの壁面の第２のケーブルに対向する位置に形成された固定ショルダー部（２８）との間に固定し、以後順次この手順を行うことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の属する技術分野）
本発明は、ステータコアの最外縁部のヨークからロータに向かって半径方向に延び、ティースによって相互に分離されているステータコアのステータスロットに挿入された柔軟性を有するケーブルを有する回転電気装置に関するものである。本発明はさらに前記ステータ巻線の製造方法にも関する。
【０００２】
（背景技術）
上述のような電気装置は、例えば、国際出願ＷＯ９７／４５９１９に記載されている。ステータ巻線を構成するケーブルは、ＰＥＸケーブル（ＰＥＸは架橋ポリエチレンの意味）のような送電に使用されるものと実質的に同種の高圧ケーブルが好適に使用されている。しかし、送電用ケーブルとは異なり、巻線は、通常この種の送電ケーブルを被覆している金属シースを有していない。したがって、ケーブルは実質的に、導電体と、絶縁層の両側面のそれぞれに設けた少なくとも１つの半導体層とを有するのみである。この種の装置は８００ｋＶまたはそれ以上の極めて大きな高電圧および１５００ＭＷにおよぶ高出力に対して設計することができる。
【０００３】
この種の装置のステータの巻線を製造する際には、ステータには通常多くの閉じたスロットが形成されており、ケーブルはスロットを通るように軸方向に挿入される。この種の数十万ボルトに及ぶ非常な高電圧で使用される電気装置では、ステータ巻線を構成するケーブルの全長は、位相ごとに数百キロメートルに至る莫大な長さになる。このような電気装置では、ステータコアのステータ巻線のためのスロットは、スロット内に必要な数の巻線を収容することのできる空間を確保するために非常に深くなり、このためにスロットを分離しているティースは非常に長くなる。さらに、装置の線を巻く際にケーブルの最外層の半導体層に損傷を与えないことが、電界を巻線の中に封じ込めるために必須であり、この種の装置の機能にとって非常に重要である。
【０００４】
本発明の対象に含まれる、出力が３０ＭＷから４０ＭＷと比較的低く、電圧も低い装置の場合には、ステータの巻線は、高電圧高出力装置の巻線に比較して直径がはるかに小さい。例えば国際出願ＳＥ９９／００９４３、ＳＥ９９／００９４４および国際公開ＷＯ９９／２８９１９に記載されているような風力発電所の発電機では、発電機は直接駆動され１０から２５ｒｐｍという非常に低い速度で作動し、そのために極の数が非常に多くなるように設計する必要がある。極の数が多くなれば、直径と重量が増大することになる。
【０００５】
（発明の開示）
本発明の目的は、上述のようなステータの過大な重量とケーブルの巻線挿入過程を排除して、巻線の半導体外層を損傷させずに前述のような電気装置を簡単に製造する方法を提供することである。
【０００６】
この目的は、冒頭の部分に記載したような回転電気装置であって、請求項１に記載した特長を有する装置および請求項１６に記載した方法によって達成することができる。
【０００７】
開放型のステータスロットを有するステータコアによって、ケーブルを半径方向にスロットに挿入してステータ巻線を製造することが可能になる。したがってケーブルを軸方向に挿入してスロットを通すことは不要になる。さらに、スロットを請求項１に規定したように設計することによって、巻線を構成する新たなケーブルはそれぞれ当該スロットの中の前のケーブルとそのケーブルの外側に位置する次のショルダー部との間に固定される。つまりケーブルは自動的に固定される。ケーブルは、巻回過程で、前のケーブルとそのすぐ外側のショルダー部との間に強固に固定されるので、巻線の製造工程は大幅に簡素化される。さらに、ステータコアのスロットをダブルスロット状にすることによって、シングルスロットに比較して同じ深さのステータスロットに殆ど２倍の数のケーブルを収容することができる。したがって、スロットの深さは深い必要が無くなり、ティースが短縮され、スロットの間での振動傾向が弱まり、ステータコアの総重量が軽減される。
【０００８】
本発明に基づく装置の好ましい実施形態によれば、ステータスロットとショルダー部の寸法は、ステータスロットに挿入されたケーブルとそれに対向するショルダー部との間の距離がケーブルの直径よりもある程度、好ましくは０．１ｍｍからその数倍程度小さくなるように定められる。上述のようにケーブルを固定するためには、前記の距離は一方ではケーブルの直径よりもある程度小さい必要がある。しかし、ステータの巻線製造過程において、ケーブルに致命的な電界集中を生じさせる顕著な変形を生じさせないことは非常に重要であり、そのためには、他方では、前記の距離とケーブルの直径の差を可能な限り小さくする必要がある。
【０００９】
本発明に基づく装置の他の好ましい実施形態によれば、ステータスロットの底部に当るスロット壁面に、直径がケーブルの直径とほぼ等しく開口角が１８０°よりも小さい円形のケーブルスロットを形成して、当該ステータスロット内の最初のケーブルをケーブルスロットに押し込んでケーブルをケーブルスロットで固定できるようにする。ケーブルスロットの開口を１８０°よりも小さくすれば、ケーブルをケーブルスロットに押し込んだ後は、ケーブルはケーブルスロット内に保持される。しかし、当該開口を通してケーブルを押し込む際に既に述べたような不都合が生じないよう、開口はケーブルを変形させないために十分な大きさを有していることが重要である。
【００１０】
本発明に基づく装置の他の好ましい実施例に拠れば、弾性材料の線材をステータスロット内の隣接するケーブルの間の空間に挿入するか、あるいは、ダブルスロット内のケーブルが構成する２つの層の間に弾性材料からなるシートを介在させる。線材の寸法はケーブルの直径のばらつきを吸収してケーブルが常にスロットの壁面から押圧力を受けるように定められ、同様に、シートの厚さはケーブルの直径のばらつきを吸収してケーブルがスロットの壁面から常に押圧力を受けるように決定される。線材とシートはこのように沈下、熱膨張およびケーブル直径寸法の誤差によって生じるケーブル直径のばらつきを吸収し、同時に、スロット壁面によるケーブルの良好な冷却を維持し、ケーブルの振動と疲労による損傷を防止する。
【００１１】
本発明に基づく装置のさらに別の好ましい実施形態によれば、ケーブルは導電体のコアを包む絶縁システムを有し、当該絶縁システムは固体の絶縁層の両側にそれぞれ設けられた２つの半導体層を有し、当該半導体層は実質的に等電位面を形成する。このような構成で電界を封じ込めることによって、ケーブルの外表面は実質的に設置電位を維持することができる。
【００１２】
本発明に基づく装置のさらに別の好ましい実施形態によれば、固体の絶縁層とこれを包む半導体層の絶縁強度は、３ｋＶ／ｍｍよりも大きく、好ましくは５ｋＶ／ｍｍよりも大きい。このことによって、巻線内の高電圧にもかかわらず巻線の寸法を低減することができ、結果的に装置全体の寸法を低減することができる。
【００１３】
本発明をより完全に記述するための例示として選択した実施例について、添付の図面を参照して述べる。
【００１４】
（実施例の説明）
本発明は、ケーブルを巻回した形式の回転電気装置に関するものである。図１にはステータ巻線を構成する、ＰＥＸケーブルのような送電に用いられるものと実質的に同じ形式の高電圧用ケーブルであるケーブル１の断面を示す。高電圧ケーブル１は、複数のより線２からなる導電体のコアを有する。当該導電体は、固体絶縁層４のそれぞれの面に設けられた２つの半導体層３、５を有する絶縁システムに被覆されている。ケーブルは可撓性を有し、半導体層３、５は実質的に等電位面を形成する。このことによって、電界が封じ込められ、ケーブル１の外表面は実質的に接地電位に維持される。当該固体絶縁層４とこれを被覆する半導体層３、５の電気絶縁強度は、３ｋＶ／ｍｍ、好ましくは５ｋＶ／ｍｍより大きい。
【００１５】
したがって、当該ケーブルは、高電圧にもかかわらず電界を制御し、壊滅的な局部放電ＰＤを発生させる危険が無いために、高電圧ステータコアの巻線として極めて好適である。
【００１６】
図２は、本発明に基づくステータコアのステータ積層構造の一部を示すものである。積層構造に、ステータの積層構造の最外縁にあるヨーク部８から半径方向内側に、スロットの開口の前面に設置されるロータの方向に向かってダブルスロット６が形成されている。ステータスロットの底部にはケーブルスロット１０が形成され、ケーブルスロットの半径はケーブルの半径とほぼ等しいので、ケーブルはスロットの壁面に密着する。スロットの開口角は１８０°よりも多少小さい。スロット１０は、ダブルスロット６内の最初のケーブルを収容することを目的としたものであり、スロットの開口角が１８０°よりも多少小さいので、ケーブルをスロットに押し込んだ後はケーブルはスロット１０によって保持される。ショルダー部１２、１４が、それぞれ、各スロットの対向する壁面に形成されている。ケーブルの半径よりもいくらか小さな半径の局面状の丸みをつけたこれらのショルダー部１２、１４のおかげで、隣接するケーブルはショルダー部の局面に密着し、ダブルスロット６に新たに挿入されたケーブルはそれぞれショルダー部とスロット６内の前のケーブルとの間に固定される。
【００１７】
ダブルスロット６はティース１６によって分離されている。ステータコアを製作する際に、ステータの積層構造をボルトで締結するためにティース１６と積層構造のヨーク部に設けられた孔１８が図示されている。
【００１８】
図３は、図２に示した形式のダブルスロットに巻線を挿入した状態を示すものである。図２をあわせてみれば分かるように、第１のケーブル２０はステータスロットの底部に形成されたケーブルスロットに挿入されて当該スロット内に固定される。次のケーブル２２は、ステータスロット内のケーブル２０とケーブル２２のすぐ外側に位置するショルダー部２４との間に挿入されて固定される。ステータスロットとショルダー部の寸法は、ケーブル２０とそれに対向するショルダー部２４との間の距離がケーブル２２の直径よりもいくらか小さくなるように決められている。この距離は典型的な例ではケーブルの直径よりも０．１ｍｍからその数倍程度小さい。次のケーブル２６は、前のケーブル２２とそのすぐ外側に位置するショルダー部２８との間に挿入されて固定され、順次この手順が続く。
【００１９】
十分な冷却を行うとともに振動を防止する必要からスロットの壁面に対してケーブル２０、２２、２６を強く押し付けるために、図４に示した実施例では、弾性材料からなる線材３０を隣接するケーブル間の三角形の空間に配置する。当該線材３０は、シリコーンゴムまたは発泡弾性ゴムからなる厚肉のチューブまたは均質な線材であってもよい。線材３０の寸法は、沈下、熱膨張または製造時の寸法誤差に起因するケーブル２０、２２、２６の直径のばらつきを吸収するように定める。
【００２０】
図４に示したように線材を挿入する代わりに、図５に示したように、ダブルスロット内のケーブル２０、２６、・・・および２２、・・・が構成する２つの層の間に発泡ゴムのような弾性材料からなるシート３２を設けてもよい。シート３２の厚さは、線材３０を挿入した場合と同様に、ケーブルをスロットの壁面に強く押圧して効率的な冷却と疲労損傷を生じさせる振動を防止するとともに、上述のようなケーブルの直径のばらつきを補償するように定める。この点に関連して、上述のケーブルは１０ｋＶから５０ｋＶの電圧を想定して寸法が定められており、直径は１６ｍｍから２５ｍｍの間であることを述べておく。上述の回転電気装置としては、出力１ＭＷより大きな、好ましくは１．５ＭＷより大きな、３ＭＷから６ＭＷの範囲の、風力発電所で直接駆動される発電機が好適である。しかし、上述の回転電気装置はモータであっても良く、その場合には、風力ロータの回転速度が発電機の速度の制限要因になる直接駆動風力発電機よりもかなり大きな速度を対象に設計することになる。モータとして動作する場合には、装置は非常に大きな出力で運転することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に基づくケーブルを巻回した装置に好適に使用することができるケーブルの断面を示す図である。
【図２】  本発明に基づく装置のステータ成層構造の一部を示す図である。
【図３】  本発明に基づく装置のステータコアのスロット内にケーブルが挿入された状態を示す図である。
【図４】  本発明に基づく装置のステータコアのスロット内にケーブルが挿入された状態を示す図である。
【図５】  本発明に基づく装置のステータコアのスロット内にケーブルが挿入された状態を示す図である。
【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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