JP2008182886A

JP2008182886A - 回転式電気機械の導体ロッドを製造するための方法、並びに当該方法により製造された導体ロッド

Info

Publication number: JP2008182886A
Application number: JP2008014768A
Authority: JP
Inventors: Thomas Dr Baumann; バウマントーマス
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: GE Vernova GmbH
Priority date: 2007-01-25
Filing date: 2008-01-25
Publication date: 2008-08-07
Also published as: US7872390B2; EP1950866A1; CN101262156A; US20080179984A1; CN101262156B

Abstract

【課題】回転式電気機械の導体ロッドを製造するための方法と回転式電気機械の導体ロッドとを改良して、重ね巻きの絶縁の利点を交差巻きの経済的な利点と組合せることが可能な巻き方法を提供し、さらに相応の導体ロッドを提供する。
【解決手段】絶縁テープを、第１の部分厚さにまで重ね巻きで導体（１１）に巻き、絶縁テープを、第１の部分厚さを越えて重ね巻きとは異なる第２の巻き方法で導体（１１）に巻き、さらに絶縁テープが、第１の部分厚さにまで重ね巻きにおいて導体（１１）に巻き付けられており、絶縁テープが、第１の部分厚さから絶縁体（１２）の十分な厚さｄにまで重ね巻きとは異なる第２の巻き方法で、導体（１１）に巻き付けられているようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転式電気機械の導体ロッドを製造するための方法であって、導体ロッドが、方形の横断面を備えた、厚さｄの絶縁体によって取り囲まれた導体を有しており、当該方法の場合には、絶縁体を形成するために絶縁テープを、長手方向で前進させながら螺旋状に複数回、導体に巻き付ける形式のものに関する。さらに、本発明は、回転式電気機械の導体ロッドであって、該導体ロッドが、方形の横断面を備えた、厚さｄの絶縁体によって取り囲まれた導体を有しており、絶縁体が、絶縁テープの複数の層を有しており、絶縁テープが、長手方向に前進しながら螺旋状に複数回、導体に巻き付けられている形式のものに関する。

高出力の回転式電気機械に備え付けられている巻線は、金属薄板体の溝に挿入される導体ロッドにより形成される。この導体ロッドは、（たいてい十分に方形の横断面を備えた引っ張られた銅ワイヤから成る複数の部分導体から成っている）中央の金属製の導体を有している。導体ロッドは、同様に十分に方形な横断面を有していて、規定の厚さの絶縁体によって取り囲まれている（たとえばＤＥ−Ａ１−１９８１１３７０またはＥＰ−Ｂ１−１３１９２６６参照）。絶縁体はよく、ガラス／雲母テープで導体を複数回、巻き付けることにより形成される。ガラス／雲母テープには、エアポケットの除去、および硬化のために合成樹脂を含浸させてある。

ガラス／雲母テープは、今日、殆ど専ら特別な巻きロボットにより機械的に付与される。この場合、テープローラはロッドの長手方向に沿って回転式リングにおいて移動し、テープは螺旋状にほぼ５０％の重畳部をもって、所望の厚さが達成されるまで複数の層において巻き付けられる。

「重ね巻き」と「交差巻き」と呼称される、異なる巻き方法を区別する。

重ね巻き：常に一方向で巻き付けられる（図２参照）。種々異なるテープ層もしくは巻き層の全テープエッジが、互いに平行に位置している。この場合、巻きリングは１つの層の完成後に「空工程で」戻す必要があるということが欠点である。このことは製造プロセス内における時間の損失を意味する。

交差巻き：ここでは前後に交番する方向で巻き付けられる（図３参照）。これにより、（包帯のように）連続した２つの層のテープの縁辺部の配向が転換される。このことは今日、殆ど専ら使用される巻き形式である。交差巻きの欠点は、２つのテープ層の交差点がそのうちいつか導体の１つのエッジに位置するようになることを、非常に手間をかけずに防ぐことはできないという点である。

交差点（図３では符号１６）は、絶縁体においては脆弱個所として見なされ得る。交差点は、電界の方向で１つの通路を形成し、この通路が、この場合に（銅導体の近辺のエッジにまさにある）高められた電界強度の所に位置していると、このことは電気的な破壊にとっての「目標破断個所」として見なされ得る。

実際に、エッジに交差点を有する交差巻きされた絶縁体の寿命は、広幅側における交差点を有する絶縁体の寿命の約２５％しかない。広幅側における交差点を有する絶縁体の寿命は、重ね巻きの場合とほぼ同じくらいの長さである。
ＤＥ−Ａ１−１９８１１３７０ＥＰ−Ｂ１−１３１９２６６

従って、本発明の課題は、冒頭で述べたことである。

この課題を解決するために本発明の方法では、絶縁テープを、第１の部分厚さにまで重ね巻きで導体に巻き、絶縁テープを、第１の部分厚さを越えて重ね巻きとは異なる第２の巻き方法で導体に巻き付けるようにし、さらに、絶縁テープが、第１の部分厚さにまで重ね巻きにおいて導体に巻き付けられており、絶縁テープが、第１の部分厚さから絶縁体の十分な厚さｄにまで重ね巻きとは異なる第２の巻き方法で、導体に巻き付けられているようにした。

前記課題は、請求項１および請求項７の特徴部の集合により解決される。本発明にとって重要なことは、絶縁テープが、第１の部分厚さにまで重ね巻きで導体に巻き付けられ、絶縁テープが、第１の部分厚さを越えて、重ね巻きとは異なる第２の巻き方法で導体に巻き付けられるということである。これにより非経済的な重ね巻きは、必要な部分範囲に限定することができ、その一方で残りの領域においては、交差巻きといったより簡単な巻き方法を用いることができる。

本発明の態様は、絶縁テープを、第１の部分厚さを越えて、絶縁体の十分な厚さｄに到達するまで第２の巻き方法で導体に巻き付けることを特徴とする。

有利にはこの場合、絶縁テープとしてガラス／雲母テープが使用される。

別の態様は、絶縁テープを、約５０％の重畳部をもって導体に巻き付けることを特徴とする。

本発明による方法のさらに別の態様は、第２の巻き方法で、絶縁テープを、交差巻きの形式につき、連続している巻き層において交番する方向で導体に巻き付けることを特徴とする。

有利には、第１の部分厚さとして、導体のエッジの電界強度が、導体の広幅側における公称電界強度と同じであるように第１の部分厚さの厚さが選択される。

本発明による導体ロッドの構成は、絶縁テープがガラス／雲母テープであって、絶縁テープが、第１の部分厚さから絶縁体の十分な厚さｄまで、交差巻きの形式で連続した巻き層において交番する方向で導体に巻き付けられていて、第１の部分厚さが、導体のエッジにおける電界強度が、導体の広幅側の公称電界強度と同じように第１の部分厚さの厚さが選択されていることを特徴とする。

本発明に係る回転式電気機械の導体ロッドを製造するための方法は、、導体ロッドが、方形の横断面を備えた、厚さｄの絶縁体によって取り囲まれた導体を有しており、当該方法の場合には、絶縁体を形成するために絶縁テープを、長手方向で前進させながら螺旋状に複数回、導体に巻き付ける形式のものにおいて、絶縁テープを、第１の部分厚さにまで重ね巻きにおいて導体に巻き、絶縁テープを、第１の部分厚さを越えて重ね巻きとは異なる第２の巻き方法で導体に巻き付けることを特徴とする。

本発明に係る方法は、有利には、絶縁テープを、第１の部分厚さを越えて絶縁体の十分な厚さｄに達するまで第２の巻き方法で導体に巻き付ける。

本発明に係る方法は、有利には、絶縁テープとしてガラス／雲母テープを使用する。

本発明に係る方法は、有利には、絶縁テープを、約５０％の重畳部をもって導体に巻き付ける。

本発明に係る方法は、有利には、第２の巻き方法の場合、絶縁テープを、連続的な巻き層において、交差巻きの形式で交番する方向で導体に巻き付ける。

本発明に係る方法は、有利には、第１の部分厚さとして、該第１の部分厚さの厚さを、導体のエッジにおける電界強度が、導体の広幅側における公称電界強度と同等であるように選択する。

本発明に係る回転式電気機械の導体ロッドは、回転式電気機械の導体ロッドであって、該導体ロッドが、方形の横断面を備えた、厚さｄの絶縁体によって取り囲まれた導体を有しており、絶縁体が、絶縁テープの複数の層を有しており、絶縁テープが、長手方向で前進しながら螺旋状に複数回、導体に巻き付けられている形式のものにおいて、絶縁テープが、第１の部分厚さにまで重ね巻きにおいて導体に巻き付けられており、絶縁テープが、第１の部分厚さから絶縁体の十分な厚さｄにまで重ね巻きとは異なる第２の巻き方法で、導体に巻き付けられていることを特徴とする。

本発明に係る回転式電気機械の導体ロッドは、絶縁テープが、ガラス／雲母テープである。

本発明に係る回転式電気機械の導体ロッドは、絶縁テープが、第１の部分厚さから絶縁体の十分な厚さｄにまで、連続している巻き層において、交差巻きの形式に基づき交番する方向で導体に巻き付けられている。

本発明に係る回転式電気機械の導体ロッドは、第１の部分厚さが、導体のエッジにおける電界強度が、広幅側の公称電界強度と同等である厚さである。

本発明に係る回転式電気機械の導体ロッドは、第１の部分厚さが、絶縁体の厚さ全体の３分の１から４０％になる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。

図１によれば本発明は、実質的に方形の横断面と所属のエッジ１７とを備えた導体ロッド１０から出発する。導体ロッド１０は、（たとえば銅から成る）中央の導体１１を有している。この導体１１は複数の部分導体から構成されていてもよい。導体１１は、厚さｄの絶縁体１２によって取り囲まれている。この絶縁体１２は、有利にはガラス／雲母テープの形式の絶縁テープ１３（図２および図３）で、導体１１を多層に巻き付けることにより形成されている。

図２にはうろこ状の重ね巻きと呼称される巻き法を概略的に示してある。この巻き法では、絶縁テープ１３は常に同じ方向に前進しながら導体に巻き付けられる。この場合、連続している巻層１４，１４′のテープ縁辺部は平行に相対している。この場合、重畳部は約５０％である。

図３には交差巻きと呼称される巻き法が概略的に示してある。この巻き法では、絶縁テープ１３は連続している巻層１５，１５′において、交番する方向で前進しながら導体に巻き付けられる。この場合、連続している巻層１５，１５′のテープ縁辺部は、規定の交差点１６において交差する。これらの交差点１６は１つのエッジ１７に十分に直接位置する場合がある。

新たな解決手段によれば、絶縁テープ１３を導体１１に巻き付ける際に、今や最下部の層は、所定の第１の部分厚さにまで重ね巻きで形成される（図２）。第１の部分厚さから交差巻きに切り換えられる（図３）。「第１の部分厚さ」の点は重要である。「第１の部分厚さ」の点は、この点においては、エッジ１７におけるエッジ間隔ｓに依存する電界Ｅ（ｓ）が、エッジ１７から所属の間隔ｓ_ｉをおいて、導体１１の広幅側１８における電界Ｅ_ｎと同じであるように選択されていることが望まれる。導体１１の広幅側１８における電界Ｅ_ｎは、公称電圧Ｕ_ｎを有する
という式により与えられ、その一方でエッジ１７における電界Ｅは、エッジ１７（エッジ曲率半径＝ｒ_ｉ、絶延部厚さ＝ｄ）からの間隔ｓの係数として近似値的に、
という式により与えられている。

Ｅ（ｓ）の曲線は、図４ではＵ_ｎ＝２１ｋＶ、絶縁分厚さｄ＝４ｍｍ、およびエッジ１７の種々異なる曲率半径（曲線ａ：ｒ＝０，５；曲線ｂ：ｒ＝１，０；曲線ｃ：ｒ＝１，５；曲線ｅ：ｒ＝２，５）で再現されている。Ｅ（ｓ）＝Ｅ_ｎの場合のエッジ間隔ｓ_ｉは、曲率半径に応じて１，３〜１，７ｍｍの間に位置する。

このエッジ間隔ｓ_ｉに相当する部分厚さにまで絶縁体１２を重ね巻きで形成することは有利である。しかしこの部分厚さからは重ね巻きは全く不必要であり、より有利な交差巻きを使用することができる。

大まかな基準として、テープ層の最初の３分の１もしくは最初の４０％が重ね巻きで形成したく、厚さの残部は交差巻きを使用する、ということが有効であってよい。

本発明に基づく、方形の横断面を有する導体ロッドの典型的な構造を斜視的に示した図である。重ね巻きの構造における巻きの概略的な側面図である。交差巻きの構造における巻きの概略的な側面図である。２１ｋＶの公称電圧Ｕ_ｎと４ｍｍの絶縁体の厚さｄとの場合の、エッジの種々異なる曲率半径のエッジの間隔に関連した、導体ロッド（図面を挿入）のエッジ領域の電界強度をグラフで示した。

符号の説明

１０導体ロッド、１１導体、１２絶縁体、１３絶縁テープ（ガラス／雲母テープ）、１４，１４′ 巻き層（重ね巻き）、１５，１５′ 巻き層（交差巻き）、１６交差点、１７（導体の）エッジ、１８（導体の）広幅側、ｄ（絶縁体の）厚さ、Ｅ電界強度、Ｅ_ｎ導体１１の広幅側の電界強度、ａ，ｂ，ｃ，ｄ曲線、ｓ，ｓ_ｉエッジ１７からの間隔

Claims

回転式電気機械の導体ロッド（１０）を製造するための方法であって、導体ロッド（１０）が、方形の横断面を備えた、厚さｄの絶縁体（１２）によって取り囲まれた導体（１１）を有しており、当該方法の場合には、絶縁体を形成するために絶縁テープ（１３）を、長手方向で前進させながら螺旋状に複数回、導体（１１）に巻き付ける形式のものにおいて、絶縁テープ（１３）を、第１の部分厚さにまで重ね巻きにおいて導体（１１）に巻き、絶縁テープ（１３）を、第１の部分厚さを越えて重ね巻きとは異なる第２の巻き方法で導体（１１）に巻き付けることを特徴とする、回転式電気機械の導体ロッドを製造するための方法。
絶縁テープ（１３）を、第１の部分厚さを越えて絶縁体（１２）の十分な厚さｄに達するまで第２の巻き方法で導体（１１）に巻き付ける、請求項１記載の方法。
絶縁テープ（１３）としてガラス／雲母テープを使用する、請求項１または２記載の方法。
絶縁テープ（１３）を、約５０％の重畳部をもって導体（１１）に巻き付ける、請求項１から３までのいずれか一項記載の方法。
第２の巻き方法の場合、絶縁テープ（１３）を、連続的な巻き層（１５，１５′）において、交差巻きの形式で交番する方向で導体（１１）に巻き付ける、請求項１から４までのいずれか一項記載の方法。
第１の部分厚さとして、該第１の部分厚さの厚さを、導体（１１）のエッジ（１７）における電界強度（Ｅ）が、導体（１１）の広幅側における公称電界強度（Ｅ_ｎ）と同等であるように選択する、請求項１から５までのいずれか一項記載の方法。
回転式電気機械の導体ロッド（１０）であって、該導体ロッド（１０）が、方形の横断面を備えた、厚さｄの絶縁体（１２）によって取り囲まれた導体（１１）を有しており、絶縁体が、絶縁テープ（１３）の複数の層を有しており、絶縁テープ（１３）が、長手方向で前進しながら螺旋状に複数回、導体（１１）に巻き付けられている形式のものにおいて、絶縁テープ（１３）が、第１の部分厚さにまで重ね巻きにおいて導体（１１）に巻き付けられており、絶縁テープ（１３）が、第１の部分厚さから絶縁体（１２）の十分な厚さｄにまで重ね巻きとは異なる第２の巻き方法で、導体（１１）に巻き付けられていることを特徴とする、回転式電気機械の導体ロッド。
絶縁テープ（１３）が、ガラス／雲母テープである、請求項７記載の導体ロッド。
絶縁テープ（１３）が、第１の部分厚さから絶縁体（１２）の十分な厚さｄにまで、連続している巻き層（１５，１５′）において、交差巻きの形式に基づき交番する方向で導体（１１）に巻き付けられている、請求項７または８記載の導体ロッド。
第１の部分厚さが、導体（１１）のエッジ（１７）における電界強度が、広幅側（１８）の公称電界強度（Ｅ_ｎ）と同等である厚さである、請求項７から９までのいずれか一項記載の導体ロッド。
第１の部分厚さが、絶縁体（１２）の全体厚さ（ｄ）の３分の１から４０％になる、請求項７から９までのいずれか一項記載の導体ロッド。