JP2014112985A - Dynamo-electric machine - Google Patents
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Abstract
【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【Task】
An object of the present invention is to provide a rotating electrical machine that can prevent deterioration and burning of a low resistance corona shield layer interposed in an opening surface of a slot in a stator core and a bottom surface of the slot by simple means.
[Solution]
In the present invention, a stator coil 7 which is operated at a voltage having a high frequency component and has a low resistance corona shield layer 14 formed on the surface of a main insulating layer 10 is mounted in a slot 6 of the stator core 5 via a slot liner 12. In addition, a charging current suppression that cuts off the charging current to any or all of the opening surface of the slot 6 and the slot liner 12 layer on the bottom surface of the slot 6, or the low resistance corona shield layer 14 and the slot liner 12 layer. Means (16, 17, 18, 20) are provided.
[Selection] Figure 1
Description
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。 The present invention relates to a rotating electrical machine such as an electric motor or a generator, and more particularly to a rotating electrical machine that is driven by a voltage having a high-frequency component and has a semiconductive material interposed between a stator coil and a stator core.
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。
In recent years, rotating electrical machines have been driven with a voltage having a high-frequency component in order to increase operating efficiency.
The drive voltage having the high frequency component is obtained by a high frequency power source configured by a high speed switching element such as an IGBT, and the high frequency power source is connected to the rotating electrical machine via a cable. Rotating electrical machines can be broadly divided into two types, mainly based on the difference in the materials used for the stator coil and the difference in the winding method of the stator coil. One is for insulation-coated coils, and a bundle of these stator coils wound in a so-called turbulent winding with an insulation coating such as enamel coating applied to the surface layer of the stator coil strands. Is a method of wrapping and wrapping in a slot formed on the inner diameter side of the stator core with an insulating sheet material for protecting the stator coil. The other is a tortoiseshell-type diamond coil or a so-called one-turn half coil that is a half-divided diamond coil. The bar-shaped strands are consolidated and consolidated, and mica is mainly used on the surface of the strand bundle. A coil-wrapped insulation coil, in which an insulating layer and a semiconductive low resistance corona shield layer of about 1 kΩ are wound in order, is wrapped in a bag shape with a semiconductive slot liner of about 1 kΩ, and the stator core It is a method that is arranged in a slot. In general, rotating electrical machines using random winding coils are used for low-voltage types with a driving voltage of several hundred volts, and rotating electrical machines using die-winding insulation coils are used for high-voltage types with a driving voltage of several kilovolts rather than low-voltage types. Is done. In any stator coil, the slot opening is sealed with a wedge-insulating wedge or the like to prevent the coil from falling off.
In the low-pressure type, for example, as shown in Patent Document 1, the creepage distance at the slot opening is completely covered with an insulator from the stator coil surface to the stator core and becomes a weak point of dielectric breakdown between the stator coil and the ground. In order to increase the dielectric strength, the dielectric strength is increased by interposing an insulator between the plurality of insulating sheet materials.
In the high-voltage type, the main insulation layer is responsible for the insulation between the stator coil and the ground, and a semiconductive material is applied to the stator coil surface layer so that the same potential is applied from the stator coil surface to the stator core. In addition, a semiconductive slot liner is interposed between the stator coil and the stator core. For example, in Patent Document 2, a ground potential layer is provided in a part of the semiconductive material on the surface of the stator coil to improve the reliability of the same potential structure.
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。
A voltage obtained by superimposing a high-frequency surge voltage generated in accordance with a difference in characteristic impedance between a high-frequency power source, a cable, and the rotating electric machine is input to the rotating electric machine, which is generally a driving voltage having a high-frequency component applied from a power source. As a result, an input voltage higher than the drive voltage (up to twice the drive voltage) is applied to the rotating electrical machine.
Since the conventional rotating electrical machine has a relatively high frequency driving voltage, the input voltage is kept low even when a surge voltage is superimposed. In addition, since the transition time at the rise and fall of the input voltage was relatively gradual, it was due to the non-uniformity of the electrical contact between the semiconductive low resistance corona shield layer and slot liner applied to the die wound insulation coil. The local charging current density at the partial contact location was kept low, and there was no problem that the low resistance corona shield layer and the slot liner were deteriorated or burned out.
However, in recent years, higher voltage and higher loss of rotating electrical machines have been promoted based on higher withstand voltage and higher speed of switching elements for high frequency power supplies, and excessive high frequency input voltage with surge voltage superimposed. However, as a result of being applied to a rotating electrical machine, the importance of insulation coordination increases compared to conventional rotating electrical machines, and a rapid voltage change in a short time causes a low resistance corona shield layer and a slot liner to Charging current density locally increased at the partial contact locations, and there was concern about deterioration and burning of the low-resistance corona shield layer and slot liner.
The high-voltage type rotating electrical machine has a structure in which a charging current flows between the stator coil and the stator core via a semiconductive low-resistance corona shield layer and a slot liner. It is necessary to form a substantially uniform and good contact state so as not to cause burning due to local Joule loss due to current concentration. With regard to the width direction surface of the stator core of a high-voltage type rotating electrical machine, the core is manufactured using a punching die, so that the dimensional accuracy is high, and a substantially uniform contact state can be realized between the stator coil and the stator core. . Further, since the stator core is a metal material such as an electromagnetic thin steel plate, the heat diffusibility with respect to the Joule loss of the semiconductive material is high, and the reliability for preventing the burnout is also high. On the other hand, with respect to the opening surface of the slot and the bottom surface of the slot, the stator coil is restrained by the pressing and fixing of the stator coil by the wedge, so that the contact state between the semiconductive materials is not uniform compared to the above-mentioned width direction surface. Since the wedge is an insulator on the opening surface of the slot, the thermal diffusivity for Joule loss generated in the semiconductive layer of the stator coil is lower than that in the width direction surface. The problem was that it was prone to burnout.
The present invention has been made in view of the above-described points, and its object is to provide a high frequency / high voltage in which a surge voltage is superimposed on a drive voltage applied from a power source using a switching element that achieves high breakdown voltage and high speed. Rotation that can prevent deterioration and burnout of the low resistance corona shield layer and slot liner interposed in the slot opening of the stator core and the bottom of the slot by simple means It is to provide an electric machine.
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。
In order to achieve the above object, the rotating electrical machine of the present invention is a slot in which a stator coil that is operated at a voltage having a high frequency component and has a low resistance corona shield layer formed on the surface of the main insulating layer is formed on the stator core. In a rotating electrical machine mounted via a slot liner, the local area generated by the superposition of surge voltage between the slot opening of the stator core and the slot liner and low-resistance corona shield layer interposed on the bottom of the slot. The charging current suppression means for reducing the high charging current density is provided.
By configuring as described above, even when the charging current between the stator coil and the stator core increases due to the high breakdown voltage and high speed of the switching element, the charging current between the semiconductive layers is reduced by the charging current suppression means. Therefore, the local high charging current density can be reduced as compared with the conventional case, and the deterioration and burning of the low resistance corona shield layer due to the concentration of the charging current can be prevented.
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。 According to the present invention, even when a high frequency / high voltage in which a surge voltage is superimposed on a drive voltage applied from a power source using a switching element that achieves high breakdown voltage and high speed is input to a rotating electrical machine, By such means, it is possible to obtain a rotating electrical machine that can prevent deterioration and burnout between the opening surface of the slot of the stator core and the slot liner and the low resistance corona shield layer interposed on the bottom surface of the slot.
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。
Hereinafter, a first embodiment of a rotating electrical machine according to the present invention is shown in FIG. 1, and based on a difference from a high voltage type electric motor using a die-wrapped insulating coil shown in FIGS. 6 and 7 as a conventional rotating electrical machine. explain. In addition, the same code | symbol of FIG.1, FIG.6, FIG.7 shows the same structural member.
As shown in FIGS. 6 and 7, the electric motor is schematically configured by a rotor (not shown) and a stator 3 that is disposed opposite to the outer diameter side of the rotor via a predetermined gap. .
The rotor usually includes a rotor core supported on a rotating shaft, and a rotor winding attached to the rotor core.
On the other hand, the stator 3 includes a stator core 5 formed by laminating a plurality of electromagnetic steel sheets in the axial direction, and a plurality of stator cores 5 extending in the axial direction on the inner diameter side of the stator core 5 and having a predetermined interval in the circumferential direction. The formed slot 6, the stator coil 7 mounted in the plurality of slots 6, the stator frame 8 supporting the outer diameter side of the stator core 5, and both axial ends of the stator frame 8 And an end plate (not shown) fixed to the portion and a bearing (not shown) for supporting the rotating shaft on the end plate.
The stator coil 7 includes a coil conductor 9 and a main insulating layer 10 formed on the surface of the coil conductor 9, and the stator coil 7 is mounted in the slot 6 of the stator core 5. 7A, and a coil end portion 7B projecting outside the slot 6.
When the linear portion 7A of the stator coil 7 is mounted in the slot 6, the insulating material 11 is interposed between the stator coils 7 adjacent in the vertical direction, and the stator coils 7 adjacent in the vertical direction are grouped together. The stator coil 7 is firmly supported in the slot 6 by fitting the wedge 13 on the opening side of the slot 6.
In order to prevent electric discharge in the slot between the stator core 5 and the stator coil 7 on the outer periphery of the main insulating layer 10 of the linear portion 7A mounted in the slot 6 of the stator coil 7. The semiconductive low resistance corona shield layer 14 is covered, and is in electrical contact with the semiconductive slot liner 12 having a resistance equal to or lower than that of the low resistance corona shield layer 14 and the stator core 5. Further, in the coil end portion 7B of the stator coil 7, creeping discharge is generated due to electric field concentration at the end portion of the low resistance corona shield layer 14 projecting out of the slot 6, and thereby the low resistance corona shield layer 14 and the main resistance portion Since the insulating layer 10 may be deteriorated, the end portion of the low resistance corona shield layer 14 may be covered and the high resistance corona shield layer 15 may be covered in a direction away from the stator core 5.
The stator coil 7 configured in this manner is connected to a high frequency power source (not shown), and the electric motor is driven.
By configuring the stator coil 7 as described above, the main insulating layer 10, the low resistance corona shield layer 14, and the slot liner 12 are attached in close contact with each other in the slot 6. .
Since the conventional rotating electrical machine has a relatively high frequency driving voltage, the input voltage is kept low even when a surge voltage is superimposed. In addition, since the transition time at the rise and fall of the input voltage was relatively gradual, the local area at the partial contact portion between the semiconductive low-resistance corona shield layer 14 and the slot liner 12 of the stator coil 7 was reduced. The charging current density was kept low, and there was no problem that the low resistance corona shield layer 14 and the slot liner 12 were deteriorated or burned out.
However, in recent years, higher voltage and higher loss of rotating electrical machines have been promoted based on higher withstand voltage and higher speed of switching elements for high frequency power supplies, and excessive high frequency input voltage with surge voltage superimposed. However, as a result of being applied to the rotating electrical machine, the importance of the insulation coordination is increased as compared with the conventional rotating electrical machine, and the low resistance corona shield layer 14 and the slot liner 12 are caused by a rapid voltage change in a short time. At the partial contact locations, the charging current density locally increased, and there was concern about deterioration and burning of the low-resistance corona shield layer 14 and the slot liner 12.
Regarding the width direction surface of the stator core 5 of the high-voltage type rotating electric machine, the stator core 5 is manufactured by using a punching die, so that the dimensional accuracy is high, and the space between the stator coil 7 and the stator core 5 is high. A substantially uniform contact state can be realized, and since the stator core 5 is a metal material laminated with electromagnetic thin steel sheets and the like, it has high thermal diffusibility against Joule loss of semiconductive material and reliability for prevention of burnout. Is also expensive. On the other hand, with respect to the opening surface of the slot 6 and the bottom surface of the slot 6, the stator coil 7 is restrained by the pressing and fixing of the stator coil 7 by the wedge 13. Non-uniformity in the contact state is likely to occur, and the opening surface of the slot 6 has an insulating surface of the wedge 13, so that the thermal diffusibility to Joule loss generated in the semiconductive layer of the stator coil 7 can be reduced. It has been found that there is a tendency to be lower than the width direction surface and to be easily burned.
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the opening surface of the slot 6 immediately below the wedge 13 having the terminal portion of the slot liner 12 has a higher resistance than the slot liner 12 between the slot liners 12. A charge current suppression layer 16 for reducing the charge current is interposed.
By interposing the charging current suppression layer 16 in this manner, the gap between the stator coil 7 and the stator core 5 flowing through the slot 6 on the opening surface of the slot 6 via the semiconductive low resistance corona shield layer 14 and the slot liner 12. The charging current path is interrupted, local Joule loss due to non-uniformity of the contact state between the semiconductive materials can be eliminated, and burning can be prevented.
In this embodiment, the charging current suppression layer 16 is interposed between the slot liner 12 that passes through the slot 6 of the stator core 5 and reaches the outlet of the stator core 5.
As the electrical characteristics of the charging current suppression layer 16, materials ranging from insulating to semiconductive can be applied. In general, the low resistance corona shield layer 14 and the slot liner 12 each have a resistance of about 1 kΩ, and the resistivity is in the relationship of the low resistance corona shield layer 14 ≧ slot liner 12. It is desirable to have a higher resistivity than the low resistance corona shield layer 14.
In view of the ease of assembling the stator 3 and managing the clearance of the slot 6 opening, the charging current suppression layer 16 is preferably made of a hard and highly workable material such as FRP. In addition, in the case of using a so-called all-impregnation insulation method that is impregnated and cured with varnish after the stator 3 is assembled, expansion of the constituent members of the stator coil 7 due to varnish impregnation can be expected, so mica, glass cloth, non-woven fabric A material with good varnish penetration and expansibility such as varnish is also suitable. Furthermore, a semiconductive tape having a higher resistance than that of the low resistance corona shield layer 14 may be used. In this case, a resistance value for preventing burnout may be determined in advance.
When mounting these charging current suppression layers 16, the stator coil 7 around which the low resistance corona shield layer 14 is wound is disposed in the slot 6 together with the slot liner 12 in the assembly manufacturing stage of the rotating electrical machine. It is arranged as shown in FIG. 1 on the opening surface of the slot 6 and then fitted with the wedge 13.
It is understood that the use of such a charging current suppression layer 16 can block the current path between the slot liners 12 on the opening surface of the slot 6, thereby suppressing local Joule loss. As a result, the charging current is concentrated. It can be seen that deterioration and burnout of the low resistance corona shield layer 14 and the slot liner 12 can be prevented.
By the way, in the present embodiment, the charging current suppression layer 16 is provided up to both ends of the slot liner 12 projecting out of the slot 6 and out of the slot 6, but thermal expansion of the stator coil 7 during operation, etc. In consideration of the above, the charging current suppression layer 16 may be extended beyond the end of the slot liner 12 projecting outward from the slot 6. In addition, in the direction away from the slot 6, the low resistance corona shield layer 14 or the high resistance corona shield layer 15 may be extended so as to serve as an outer covering material.
Furthermore, although it is desirable to provide the charging current suppression layer 16 in all the stator coils 7, in particular, the applied voltage of the input waveform to the electric motor in the inverter control and the rising voltage of the applied voltage or the voltage change component at the time of falling. If it is not extremely large, it may be applied only to the first or plural stator coils 7 from the connection portion with the inverter.
In the present embodiment, the charging current suppression layer 16 is interposed between the slot liners 12. However, the present invention is not limited thereto, and may be interposed between the low resistance corona shield layer 14 and the slot liner 12. In the case of a layer composed of more than one layer, it may be interposed between the respective slot liners 12, and it goes without saying that as the number of layers in which the charging current suppression layer 16 is increased, the reliability for reducing the current is improved. Yes.
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。
Next, a second embodiment of the rotating electrical machine according to the present invention will be described based on a sectional view of the stator coil 7 of the electric motor shown in FIG. The same reference numerals as those in FIGS. 1, 6, and 7 indicate the same components, and thus detailed description thereof is omitted.
This embodiment is basically the same as the first embodiment shown in FIG. 1, and is different from the first embodiment in the terminal shape of the charge current suppression layer 17 in the width direction. The corner portion of the stator coil 7 has a radius of curvature R. For this reason, an air gap is formed in the corner portion R between the low resistance corona shield layer 14, the slot liner 12, and the stator core 5 of the stator coil 7. The slot liner 12 may be easily formed, and the slot liner 12 may be wrinkled, warped, and swelled. The adhesion between the coil 7 and the stator core 5 is weak, and the contact state is not uniform. May manifest. As a result, there is a possibility that the low resistance corona shield layer 14 and the slot liner 12 may be deteriorated and burned out due to local concentration of charging current. Therefore, the charging current suppression layer 17 is provided so as to cover the corner portion R. It is.
Specifically, a convex portion having a radius of curvature equivalent to that of the corner portion R of the stator coil 7 is provided at a corner portion in the width direction of the charging current suppressing layer 17 arranged with respect to the axial direction of the stator coil 7, and the slot 6, the non-uniformity of the contact state of the low resistance corona shield layer 14 and the slot liner 12 in the vicinity of the corners 6 is eliminated.
By using such a charging current suppression layer 17, even if wrinkles or undulations occur in the slot liner 12 near the corner R of the stator coil 7, the current path is interrupted, so the contact state is not uneven. As a result, deterioration and burnout of the low-resistance corona shield layer 14 due to concentration of charging current can be prevented.
In the present embodiment, the convex portion having the same radius of curvature as the corner portion R of the stator coil 7 is provided at the corner portion in the width direction of the charging current suppressing layer 17. Charging is performed so as to prevent the low resistance corona shield layer 14 and the slot liner 12 from contacting non-uniformly at least in a range where a gap is formed between the stator coil 7 and the stator core 5 at the corner R of the stator coil 7. It suffices if the current suppression layer 17 is interposed.
By the way, in the present embodiment, the charging current suppression layer 17 is applied to both ends of the slot liner 12 projecting out of the slot 6 and from the slot 6, but the thermal expansion of the stator coil 7 during operation, etc. In consideration of the above, the charging current suppression layer 17 may be extended beyond the end of the slot liner 12 projecting outward from the slot 6. In addition, in the direction away from the slot 6, the low resistance corona shield layer 14 or the high resistance corona shield layer 15 may be extended so as to serve as an outer covering material.
Furthermore, although it is desirable to provide the charging current suppression layer 17 in all the stator coils 7, in particular, the applied voltage of the input waveform to the motor in the inverter control and the rise of the applied voltage or the voltage change component at the fall of the applied voltage. If it is not extremely large, it may be applied only to the first or plural stator coils 7 from the connection portion with the inverter.
In the present embodiment, the charging current suppression layer 17 is interposed between the slot liners 12. However, the present invention is not limited thereto, and may be interposed between the low resistance corona shield layer 14 and the slot liner 12. If the layer is composed of more than one layer, it may be interposed between the respective slot liners 12, and it goes without saying that the reliability for reducing the current is improved as the number of layers in which the charging current suppressing layer 17 is interposed increases. Yes.
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。
Next, a third embodiment of the rotating electrical machine according to the present invention will be described based on a sectional view of the stator coil 7 of the electric motor shown in FIG. Also in the present embodiment, the same reference numerals as those in FIGS. 1, 2, 6, and 7 indicate the same components, and thus detailed description thereof is omitted.
This embodiment is basically the same as the second embodiment shown in FIG. 2 and differs from the second embodiment in that the bottom surface of the slot 6 is added to the opening surface of the slot 6. Is also provided with a charging current suppression layer 18.
Since the stator coil 7 is pressed and fixed by the wedge 13 on the opening surface of the slot 6 and the bottom surface of the slot 6, the semiconductive material of the low resistance corona shield layer 14 and the slot liner 12 is compared with the surface in the slot width direction. In some cases, non-uniformity is likely to occur in the contact state. Further, on the bottom surface of the slot 6, like the opening surface of the slot 6, a gap is easily formed in the corner portion R of the stator coil 7, and the slot liner 12 is wrinkled, warped, and swelled, resulting in a semiconductive material. Therefore, the charging current suppression layer 17 may be interposed between the slot liner 12 on the opening surface of the slot 6 and the bottom surface of the slot 6. , And 18 are arranged.
Specifically, the charging current suppression layer 18 having the same shape as the charging current suppression layer 17 disposed on the opening surface of the slot 6 in the second embodiment is disposed between the slot liners 12 on the bottom surface of the slot 6. This eliminates the non-uniformity of the contact state of the low-resistance corona shield layer 14 and the slot liner 12 in any of the bottom surface and the gap near the corner portion R of the stator coil 7.
By using the charging current suppression layers 17 and 18, even if wrinkles or undulations occur in the slot liner 12 near the corner R of the stator coil 7, the current path is interrupted, so the contact state is uneven. As a result, the low resistance corona shield layer 14 can be prevented from being deteriorated and burned out due to the concentration of the charging current.
Regarding the mounting of the charging current suppression layers 17 and 18, at the assembly manufacturing stage of the rotating electrical machine, the slot liner 12 and the charging current suppression layer 18 are arranged in advance on the bottom surface of the slot 6 in the layer order shown in FIG. The child coil 7 is fixed. Thereafter, the charging current suppression layer 17 may be disposed on the opening surface of the slot 6 in the layer order shown in FIG.
By using such charging current suppression layers 17 and 18, the current path between the slot liner 12 in the opening surface of the slot 6 and the gap between the bottom surface of the slot 6 and the corner R of the stator coil 7 can be cut off. It is understood that local Joule loss can be suppressed, and as a result, it is understood that deterioration and burnout of the low resistance corona shield layer 14 and the slot liner 12 due to concentration of charging current can be prevented.
In the present embodiment, the convex portions having the same radius of curvature as the corner portion R of the stator coil 7 are provided at the corner portions in the width direction of the charging current suppression layers 17 and 18, but this is not restrictive. The low resistance corona shield layer 14 and the slot liner 12 are prevented from contacting non-uniformly at least in a range where a gap is formed between the stator coil 7 and the stator core 5 at the corner R of the stator coil 7 in the slot 6. Thus, it is sufficient that the charging current suppression layers 17 and 18 are interposed.
By the way, in the present embodiment, the charging current suppression layers 17 and 18 are applied up to both ends of the slot liner 12 projecting into and out of the slot 6, but the thermal expansion of the coil 7 during operation is performed. In consideration of the above, the charging current suppression layers 17 and 18 may be extended from the end of the slot liner 12 projecting outward from the slot 6. In addition, in the direction away from the slot 6, the low resistance corona shield layer 14 or the high resistance corona shield layer 15 may be extended so as to serve as an outer covering material.
Further, it is desirable to provide the charging current suppression layers 17 and 18 in all the stator coils 7. In particular, the applied voltage of the input waveform to the electric motor and the voltage at the rising or falling of the applied voltage in the inverter control. If the change component is not extremely large, it may be applied only to the first one or a plurality of stator coils 7 from the connection with the inverter.
In the present embodiment, the charging current suppression layers 17 and 18 are interposed between the slot liners 12. However, the present invention is not limited thereto, and may be interposed between the low resistance corona shield layer 14 and the slot liner 12. If 12 is composed of three or more layers, it may be interposed between the slot liners 12, and the more layers in which the charging current suppression layer 17 is interposed, the more the reliability for reducing the current is improved. Needless to say.
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。
Next, a fourth embodiment of the rotating electrical machine according to the present invention will be described based on a sectional view of the stator coil 7 of the electric motor shown in FIG. Also in this embodiment, the same reference numerals as those in FIGS. 1, 2, 3, 6, and 7 indicate the same components, and thus detailed description thereof is omitted.
This embodiment is basically the same as the first to third embodiments, and a protective sheet for protecting the slot liner 12 when the wedge 13 is fitted between the wedge 13 and the slot liner 12. 19 is arranged.
That is, in the first to third embodiments, the charging current suppression layers 16 to 18 need to be properly disposed on the opening surface of the slot 6 and the bottom surface of the slot 6 as shown in FIGS. On the other hand, there is a case where the wedge 13 is driven and fixed in the axial direction of the stator coil 7 at the time of fitting, and the slot liner 12 is torn or shifted, and there is a concern that the charging current suppression layers 16 to 18 do not fit in the proper positions. There is. In particular, when a soft material such as mica, glass cloth, nonwoven fabric or the like is used as the charging current suppression layers 16 to 18, the charging current suppression layers 16 to 18 are pulled by the wedge 13 and the slot currents 12 are pulled. It may occur remarkably. Therefore, even when the protective sheet 19 is provided between the outermost layer of the slot liner 12 and the stator core 5 and the wedge 13 is driven firmly and fixed, the slot liner 12 and the charging current suppression layer 16 are protected by the protective sheet 19. The positional deviation of ˜18 was prevented.
Specifically, it is desirable that the protective sheet 19 is a hard insulator having substantially the same width as the slit 6 such as FRP.
By comprising in this way, it becomes possible to arrange | position the charging current suppression layers 16-18 shown in the 1st to 3rd embodiment easily appropriately.
In the present embodiment, the protective sheet 19 is disposed over the entire area where the wedge 13 abuts. However, the present invention is not limited to this, and the slot that protrudes from the slot 6 and from the slot 6 in view of ease of assembly. The protective sheet 19 may be extended beyond the ends of the liner 12 and the wedge 13.
Further, although it is desirable to provide the protective sheet 19 in all the stator coils 7, in particular, the applied voltage of the input waveform to the electric motor in the inverter control and the rise of the applied voltage or the voltage change component at the fall are extremely large. If not large, it may be applied only to the first or plural stator coils 7 from the connection with the inverter.
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。
Next, a fifth embodiment of the rotating electrical machine according to the present invention will be described based on a sectional view of the stator coil 7 of the electric motor shown in FIG. Also in the present embodiment, the same reference numerals as those in FIGS. 1, 2, 3, 4, 6, and 7 indicate the same components, and thus detailed description thereof is omitted.
The present embodiment is basically the same as the first to third embodiments, and a conductive coat is applied to the surface of the slot liner 12 facing the stator coil 7 instead of the charging current suppression layers 16 to 18. The insulating base material 20 of the slot liner 12 is wound as it is without being provided. In general, the slot liner 12 is a semiconductive low resistance material by applying a conductive coating such as carbon on an insulating base material (sheet material) 20 or by spraying it. This step is performed before the stator coil 7 is assembled into the stator slot 6. In the present embodiment, a conductive coat is previously applied to the opening surface of the slot 6 and the portion located on the bottom surface of the slot 6. This can be realized by using a slot liner 12 that is not applied.
According to the configuration as described above, the insulating base material 20 is first to third by making the opposing surfaces of the stator coil 7 of the slot liner 12 disposed on the opening surface and the bottom surface of the slot 6 respectively the insulating base material 20. It is possible to achieve the same effect as the charging current suppression layers 16 to 18 shown in FIG.
In the present embodiment, the opening surface of the slot 6 and the facing surface of the stator coil 7 of the slot liner 12 disposed on the bottom surface of the slot 6 are the insulating base material 20. The opposing back surface of the child coil 7 may also be the insulating base material 20, or may be the insulating base material 20 up to the corner R of the stator coil 7 as shown in the second and third embodiments.
Furthermore, it is desirable to provide the insulating base material 20 in all the stator coils 7, but in particular, the applied voltage of the input waveform to the electric motor in the inverter control and the rise of the applied voltage or the voltage change component at the time of fall are extremely small. If it is not large, it may be applied only to the first or plural stator coils 7 from the connection with the inverter.
In the present embodiment, the insulating base material 20 is interposed between the slot liner 12 located near the slot 6 and in contact with the wedge 13 and between the opening surface of the slot 6 and the bottom surface of the slot 6, but not limited thereto. Each slot liner 12 located on the opening surface of the slot 6 and the bottom surface of the slot 6 may be interposed, and the more layers in which the insulating base material 20 is interposed, the more the reliability for reducing the current is improved. Needless to say.
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。
Next, a sixth embodiment of the rotating electrical machine according to the present invention will be described based on the sectional views of the stator coil 7 of the electric motor shown in FIG. 8 and FIG. Also in this embodiment, the same reference numerals as those in FIGS. 1, 2, 3, 4, 5, 6, and 7 indicate the same components, and thus detailed description thereof is omitted.
The present embodiment is basically the same as the first to fifth embodiments, and is characterized in that the charging current suppression layers 16 to 18 are made of two or more different materials. In this embodiment, as an example, the charging current suppression layers 16a and 16b are arranged in FIG. 8, and the charging current inhibition layers 17a, 17b, 18a, and 18b are arranged in FIG. As the material for the charging current suppression layers 16a, 16b, 17a, 17b, 18a, and 18b, mica tape, glass cloth tape, nonwoven fabric, semiconductive tape, and heat-shrinkable tape are suitable, and the insulating base 20 is used. It may be a thing. That is, the charging current suppression layers 16 a, 16 b, 17 a, 17 b, 18 a, and 18 b have higher resistance than the slot liner 12 and the low resistance corona shield layer 14. Further, in view of ease of driving the wedge 13 and preventing damage when the slot 5 of the stator coil 7 is inserted, when the charging current suppression layers 16a and 16b or 17a (18a) and 17b (18b) are compared, the wedge 13 and the charging current suppression layers 16a, 17a, and 18a closer to the slot 6 are desirably harder than the other 16b, 17b, and 18b.
According to the configuration as described above, the charging current suppression layers 16a, 16b, and 17a each formed of two or more materials on the opposing surfaces of the stator coil 7 of the slot liner 12 disposed on the opening surface and the bottom surface of the slot 6 are provided. , 17b, 18a, and 18b, the same effects as those of the first to fifth charging current suppressing layers 16 to 18 can be obtained. Further, compared to the charging current suppression layers 16b, 17b, 18b on the side closer to the stator coil 7, the wedge 13 or the charging current suppression layers 16a, 17a, 18a on the side closer to the slot 5 are made of a harder material. As a result, it is possible to improve the ease of assembling the stator coil 7 and the reliability of preventing damage to the stator coil 7.
Furthermore, it is desirable to provide charging current prevention layers 16a, 16b, 17a, 17b, 18a, and 18b in all the stator coils 7, but in particular, the applied voltage and applied voltage of the input waveform to the motor in the inverter control. If the voltage change component at the time of rising or falling is not extremely large, it may be applied only to the first or a plurality of stator coils 7 from the connection with the inverter.
In the present embodiment, the charging current prevention layers 16a, 16b, 17a, 17b, 18a, and the contact between the slot 6 near the slot 6 and the wedge 13 and between the slot liner 12 located on the bottom surface of the slot 6 and 18b is interposed, but is not limited thereto, and may be interposed for each slot liner 12 located on the opening surface of the slot 6 and the bottom surface of the slot 6, and as the number of layers in which the insulating base material 20 is interposed increases, Needless to say, the reliability for reducing the current is improved.
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。 Each of the above explanations has been given by taking an electric motor as an example of a rotating electric machine, but it is needless to say that the present invention can be applied not only to an electric motor but also to a generator such as a turbine generator or a gas turbine generator.
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。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Stator, 5 ... Stator iron core, 6 ... Slot, 7 ... Stator coil, 7A ... Linear part, 7B ... Coil end part, 8 ... Stator frame, 9 ... Coil conductor, 10 ... Main insulation layer, 11 Insulating material, 12 ... Slot liner, 13 ... Wedge, 14 ... Low resistance corona shield layer, 15 ... High resistance corona shield layer, 16, 16a, 16b, 17, 17a, 17b, 18, 18a, 18b ... Charging current suppression Layer, 19 ... protective sheet, 20 ... insulating substrate.
Claims (10)
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。 A rotor, and a stator disposed opposite to the outer diameter side of the rotor via a predetermined gap,
The stator includes a stator core formed by laminating a plurality of electromagnetic thin steel plates in the axial direction, and a plurality of slots extending in the axial direction and formed at predetermined intervals in the circumferential direction on the inner diameter side of the stator core. And a stator coil mounted in the plurality of slots, and a stator frame that supports the outer diameter side of the stator core,
The stator coil includes a coil conductor, a main insulating layer formed on the surface of the coil conductor, and a low-resistance corona shield layer provided on the surface of the main insulating layer. A straight portion mounted through a low-resistance slot liner layer provided on the surface of the low-resistance corona shield layer in the slot, and a coil end portion extending out of the slot; In the rotating electrical machine in which the stator coil is fitted and fixed by a wedge at the opening surface of the slot and is operated at a voltage having a high frequency component,
Charging current suppression that suppresses charging current at any or all of the opening surface of the slot and the bottom surface of the slot, or between the slot liner layers on both sides, or between the corona shield layer and the slot liner layer. Provided means,
Rotating electric machine.
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。 In the rotating electrical machine according to claim 1,
The charging current suppression means is a resistivity higher than the corona shield layer and the slot liner layer;
Rotating electric machine.
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。 In the rotating electrical machine according to claim 1 or 2,
The charging current suppression means is provided with a convex portion on the coil facing surface of the circumferential end of the slot;
Rotating electric machine.
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。 In the rotating electrical machine according to any one of claims 1, 2, or 3,
The charging current suppression means is made of a hard material mainly composed of a molded resin, with the substantially circumferential width of the slot as one side.
Rotating electric machine.
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。 In the rotating electrical machine according to any one of claims 1, 2, or 3,
The charging current suppression means is formed of a material with good varnish permeability;
Rotating electric machine.
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。 The rotating electrical machine according to claim 45,
The material with good permeability of the varnish is any one of mica tape, glass cloth tape, non-woven fabric, semiconductive tape, heat shrink tape,
Rotating electric machine.
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。 In the rotating electrical machine according to any one of claims 1, 2, or 3,
The charging current suppression means is a base material of the slot liner layer having a resistivity equal to or higher than the resistivity of the slot liner layer;
Rotating electric machine.
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。 In the rotary electric machine according to any one of claims 1 to 6 or 7,
A single or a combination of two or more of the materials shown in the charging current suppression means,
Rotating electric machine characterized by that.
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。 In the rotating electrical machine according to any one of claims 1, 2, or 3,
An insulating material is disposed between the wedge and the slot liner layer of the opening surface of the slot;
Rotating electric machine.
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。 The rotating electrical machine according to claim 1 to 3 or 9,
The charging current suppression means is installed to be extended with respect to the full length of the slot liner protruding out of the slot, or the direction away from the slot,
Rotating electric machine.
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