JP2001510016A

JP2001510016A - 回転電気機器

Info

Publication number: JP2001510016A
Application number: JP53281198A
Authority: JP
Inventors: ベルグレン，セーレン; レイヨン，マッツ
Original assignee: アーベーベーアクティエボラーグ
Priority date: 1997-02-03
Filing date: 1998-02-02
Publication date: 2001-07-24
Also published as: CA2278655A1; AU725107B2; CN1246974A; AU5892098A; PL334660A1; EP1016183A1; EP1016183B1; WO1998034321A1; SE9704429D0; DE69826297T2; DE69826297D1; BR9807300A

Abstract

(57)【要約】本発明は、固定子のスロット（５）を通じて引張られる巻線を有する固定子（１）を含む回転電気機器に関するものである。本発明に従って、巻線は、スロットの２つの壁によって形成された、狭い部分（８）と広い部分（７）を放射方向に交互に有するスロット（５）における高電圧ケーブル（６）から構成される。放射セクションにおいて、壁は、狭い部分と広い部分との変わり目において、壁がケーブルに当接するようなコーナーを有しない形状となっている。

Description

【発明の詳細な説明】回転電気機器本発明は、同期機器及び標準非同期機器と、デュアル−フェド（dual-fed）機器、非同期静止形電流変換器カスケード、外側回転機器及び同期フロー（flow）機器のような、請求項１の前提部分に記載されたタイプの回転電気機器に関するものである。本明細書において、「放射」、「軸」及び「外縁」の用語は、特にそうでないと言及していない限り、機器の固定子と関連した方向を表している。「ケーブル・リード‐スルー（cable lead-through）」は、明細書中で、スロットを通過して伸びているケーブルのそれぞれの個々の長さを言及している。機器は、第１に電力を発電する発電所における発電機として意図されている。機器は、高電圧で使用されることが意図されている。高電圧は、ここでは１０ｋＶ以上の電圧を意味するものと理解されたい。本発明にしたがった機器の典型的な動作範囲は、３６から８００ｋＶである。より小型の機器が、６から３０ｋＶの範囲で使用されるために設計されており、３０ｋＶが通常の上限であると考えられている。これは一般的に、電圧を電力ネットワークのレベル、すなわち電力ネットワークに対して約１００‐４００ｋＶの範囲に上げる変圧器に発電機が接続されなければならないことを意味している。送電のために高電圧ネットワークに電流を供給するとき、導入部で言及したように、発電機と電力ネットワークとの間の変圧器には卓越した技術が導入されるが、ネットワークの電圧レベルを直接発生することによって変圧器を無くすようにすることが知られている。そのような発電機は、米国特許４，４２９，２４４号、同４，１６４，６７２号及び同３，７４３，８６７号に記載されている。米国特許５，０３６，１６５号を通じて、内部と半導電性の熱分解グラスファイバーの外部が絶縁された導体が知られている。また、自励式発電機において、そのような絶縁を有する導体が知られており、それは、半導電性の熱分解グラスファイバー層が、導体を構成する２つの平行な棒に接触し、固定子スロットにおける絶縁が半導電性の熱分解グラスファイバーで覆うことによってなされることが例えば米国特許５，０６６，８８１に記載されている。その熱分解グラスファイバーは、それが含浸（impregnation）処理のあとでさえその抵抗性を残してはいるが、適当なものとして記載されている。以下でケーブルと称するものにおいて、固定子巻線における電力送電用のケーブル（例えば、ＸＬＰＥケーブル）に使用されるものと類似の固体絶縁体と共に、高電圧絶縁導線を使用することにより、機器の電圧は、中間の変圧器無しに電力ネットワークに直接接続することができるようなレベルに増加されることができる。一般的な基本思想は、固定子の中に通常の技術（高電圧によるより厚い絶縁及び多くの巻線の回数）のものよりさらに深くケーブルを配置するためのスロットを要求する。これは、コイルの端部、歯及び巻線において、冷却、振動及び固有周波数に関する新たな問題を引き起こす。スロット内にケーブルを確保することはまた問題である−ケーブルをその外側の層を傷つけずにスロット内に挿入しなければならない。ケーブルは、振動する傾向にある１００Ｈｚの周波数を有する電流にさらされ、外径に関する製造許容範囲を別として、その寸法はまた温度変化（すなわち負荷の変化）と共に変化する。本発明は、固定子スロットに挿入する際のケーブルの外側の損傷を防ぐこと及び動作中の振動によって発生する表面に対する磨耗を防ぐことと関連した上述の問題に関係する。ケーブルは、その狭い部分から広い部分への変わり目におけるスロットの壁によって損傷されるという特有の危険がある。スロットが、ケーブル・リード−スルーするための円形の拡張部分、これらの拡張部分は広い部品によって構成されるが、を伴った２つの対抗する平坦なスロット壁から形成される場合、スロット壁に尖ったエッジが形成される。これらの尖ったエッジは、巻くときだけでなく、動作中も、ケーブルを損傷する。圧力部材がケーブルを１つ又は両方のスロット壁に圧接するので、ケーブルにとって、動作中にスロットに沿って少なくとも点状に支えられることは重要なことである。この目的は、ケーブルの振動を減衰させることにある。このように、これらの尖ったエッジの１つに対し，て圧接されたケーブルには危険性があり、１つには振動が完全には押さえられないことによって、また他にはケーブルの温度による移動によって、外側の半導電層は、したがって、磨耗又は損傷される。広い部分と狭い部分とを交互に有するような巻線のためのスロットを有する従来（すなわち高電圧範囲以下で働く）の回転電気機器において、そのような機器において相対的に小さいサイズのスロットであるが故に、スロットが尖ったエッジを有しないことは、例えばフランス特許２５９４２７１を通じて容易に知ることができる。これらのスロットにおいては、エッジが存在するような、広い部分と狭い部分との間の明確な変わり目部分がない。このように、そのようなタイプの機器では、本発明が、主に高電圧の範囲で働くことができる機器において尖ったエッジからのケーブルの損傷を防ぐために対応しているような問題に直面することがない。本発明の目的は、高電圧範囲で働くことができる回転電気機器において、このような方法により発生する損傷の危険性を解消又は少なくとも減少させることにある。本発明に従い、これは、請求項の特徴部分に規定された特定の構成を有する請求項１の前提部分に記載されたタイプの回転電気機器によって達成することができる。記載された特別の問題は、ケーブルと接触することができる壁がコーナーを発生しないように、スロット壁の側面を磨くことにより防止される。そして、巻線を特別の構成とすることによって、機器は高電圧範囲に適用可能となる。本発明に従った構成においては、このように、今日電力配線に使用される、すなわちＸＬＰＥケーブル又はＥＰＲ絶縁を伴ったケーブルのような、固定、成形された絶縁をともなったケーブルに対応したタイプの巻線となる。そのようなケーブルは、１つ又はそれ以上の撚り部分から構成された内側導体、導体を囲む内側半導電層、これを囲う固体絶縁層及び絶縁層を囲う外側半導電層から構成される。そのようなケーブルには柔軟性があり、本発明に従った装置のための技術は、主に組み込まれている間曲げられるケーブルから構成される巻線による巻線システムに基づいているので、それはこの状況において重要な属性である。ＸＬＰＥケーブルの柔軟性は、通常直径３０ｍｍケーブルに対して約２０ｃｍの曲率半径、及び直径８０ｍｍケーブルに対して約６５ｃｍの曲率半径に相当する。本応用例において、用語の「柔軟性」は、巻線がケーブルの直径の４倍の、好ましくはケーブルの直径の８から１２倍の曲率半径を有するほど柔軟であることを表すものとして使用する。巻線は、たとえそれが曲げられたり、動作中熱のストレスがかかっていても、その属性が失われないように構成されるべきである。各層は、この状況において、それらのお互いの付着力が失われないことが重要である。各層の材質の特性は、ここでは、特にそれらの弾性及び相対的な熱膨張係数によって決定される。例えばＸＬＰＥケーブルにおいて、絶縁層は、架橋された、低密度ポリエチレンから構成され、そして半導電層は、すす及び金属粒子が混合されたポリエチレンから構成される。温度変動の結果としての容積の変化は、ケーブルの半径の変化として完全に吸収され、そして、それらの材質の弾性に関係した各層の熱膨張係数の差異が比較的少ないおかげで、半径の膨張は各層間の付着が失われることなく行われることができる。上述した材質の組み合わせは、単なる例として考慮されるべきである。他の組み合わせが、所定の状況及び半導電的な状況、すなわち、１０^-1‐１０⁶Ωcm、例えば１−５００Ωｃｍ又は１０−２００Ωｃｍ、本質的に本発明の思想の範囲内にあるもの、を満足する。絶縁層は、例えば、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレン（ＰＢ）、ポリメチレンーペンテン（ＰＭＰ）のような固体熱可塑性の材質、架橋ポリエチレン（ＸＬＰＥ）のような架橋された材質、又はエチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ）又はシリコンゴムのような合成ゴムから構成される。内側又は外側の半導電層は、同じ材料を基礎としたものであっても良いが、すすや金属パウダーのような導電性粒子が混合されていてもよい。これらの材料の機械的属性、特にそれらの熱膨張係数は、すすや金属パウダーが混合されているかによってはほとんど影響を受けない‐少なくとも本発明に従って必要とされる導電性を得るための割合においては、絶縁層及び半導電層は、このように、同じ熱膨張係数を有する。エチレン‐ビニル‐アセテート共重合体/ニトリルゴム、ブチルを基幹としたポリエチレン、エチレン‐ブチル‐アクリレート共重合体及びエチレン‐エチル ‐アクリレート共重合体は、また半導電層のための適当な重合体を構成する。異なった層で、異なったタイプの材質が基礎として使用されたとき、それらの熱膨張率が実質的に同じであることが望まれる。これは、上に列記した材質の組み合わせの場合である。上に列記した材質は、Ｅ＜５００ＭＰａの、好ましくは２００ＭＰａより小さいＥ係数の相対的に良好な弾性を有している。亀裂の発生や他の損傷が発生しないように、また各層がお互いに離れてしまわないように、放射方向における弾性が吸収されるために、その弾性は各層中の材質の熱膨張率間におけるいかなる小さな差異にも十分なものである。層における材料は、弾性があり、層間の付着力は、少なくとも、材質の最も弱いものと同じ大きさがある。２つの半導電層の導電性は、それぞれの層に沿った電位を実質的に同化させるのに十分なものである。外側の半導電層の導電性は、ケーブルの電界を囲うのに十分な大きさがあるが、層の長手方向に誘導される電流による顕著な損失を引き起こすには十分に小さい。このように、好ましくは、２つの半導電層のそれぞれは、本質的に、１つの同電位の表面から構成され、そして巻線は、これらの層を伴って、実質的にその中に電界を包含することとなる。勿論、１つ又はそれ以上の付加的な半導電層が絶縁層の中に構成されることが妨げられることはない。本発明は、特に、直径が２０〜２００ｍｍの間で導電領域が８０〜３０００ｍｍ²の間のケーブルに言及している。本発明に従ったこれら及び他の回転電気機器の好ましい実施形態が、請求項１に従属する請求項に規定されている。本発明が、添付図面を参照して以下の好ましい実施形態について詳細に説明されている。図１は、本発明が関係するタイプの機器における固定子のセクタの側面図を示したものである。図２は、本発明に従った機器に使用されるケーブルの断面図を示したものである。図３は、本発明の第１の実施形態を図示し、スロットを通した放射セクションの一部分を示したものである。図４は、本発明の第２の実施形態を図示し、スロットを通した放射セクションの拡張部分の詳細を示したものである。図５は、本発明の第３の実施形態を図示し、スロットを通した放射セクションを示したものである。図６は、本発明の第４の実施形態を図示し、スロットを通した放射セクションを示したものである。機器の固定子１のセクタを通した図１に示される軸上図において、それの回転子は２と示されている。固定子は通常、コアシートの被覆されたコアから構成される。図は、１つの極の区分に対応した機器のセクタを示している。コアのヨーク部分３から、最外部に放射状に配置した、いくつもの歯４が回転子２に向けて放射状に伸びており、歯は固定子巻線がその中に構成されるスロット５によって分割されている。巻線内のケーブル６は、高電圧ケーブルであって、実質的に電力配電用に使用される、例えばＸＬＰＥケーブルと同じタイプの高電圧ケーブルであり得る。１つの異なった点は、外側、機械的に保護されたシース及び通常はそのようなケーブルを覆っている金属性遮蔽物は省略されている点である。このように、ケーブルは、導電体、内側の半導電層、絶縁層及び外側の半導電層のみから構成される。このように、ケーブルの外側で機械的損傷を受け易い半導電層が、露出されている。図において、ケーブル６は、図上、単に中心の、ケーブルの導電性部分又は描かれたコイルの端として示されている。それぞれのスロット５は、狭い部分８と広い部分７とが交互に変化した断面を有していることが見て取れる。広い部分７は、実質的に円形で、ケーブル・リード‐スルーを囲んでおり、このように、これらの間のくびれた部分が狭い部分８を形成している。くびれた部分は、それぞれのケーブル・リード‐スルーの放射方向の位置のために使用される。スロット全体としての断面もまた、中心に向けて放射状に狭くなっている。これは、ケーブル・リード‐スルーにおけるストレスが、固定子の放射状の内側部分に位置するものに近くなるほど、低くなるためである。細いケーブル・リード‐スルーは、したがって、ここで使用されることができるが、太いものはさらに外側にあることを要する。図示される実施形態に使用される３つの異なった直径を有するケーブルは、それらに合ったスロット５の３つのセクション９、１０、１１に構成されている。図２は、本発明にしたがって使用される高電圧ケーブル６の断面図を示している。高電圧ケーブル６は、例えば、円形断面を有する銅（Ｃｕ）から作られるいくつもの撚り線部分３１を有している。これらの撚り線部分３１は、ケーブル６の中心に構成されている。撚り線部分３１の周りには、第１の半導電層３２がある。第１の半導電層３２の周りには、絶縁層３３、例えばＸＬＰＥ絶縁があり、そして絶縁層３３の周りには第２の半導電層３４がある。本明細書における「高電圧ケーブル」の概念には、したがって、金属性の遮蔽物や通常電力配電用のためのケーブルを囲っている外側のシースは必要ない。図１のそれぞれのスロット５は、主に、ケーブルの通過のための円形の拡張部分を備えた平坦な放射壁を有してスロットとして形成されることが記載されている。この基本的な形状から、それぞれの広い部分７から中間の狭い部分８への変わり目は、したがって鋭いエッジを発生する。これは、図１に示されたものと類似のタイプではあるが、本発明の概念を説明するために多少修正されたスロット５を含む拡張された放射状のセクションを示す図３に図示されている。図の下の部分において、ケーブル・リード‐スルーするところが描かれており、ケーブルを囲う円形部分がスロットの狭い部分８ｂの直線セクション１３と出会う所で、壁の形状により形成されるコーナーが、１４と示されている。そのようなコーナーは、ケーブルが動作中の振動の影響下におかれたとき及びケーブルをその場所に留めるために使用されるクランプ装置（図示せず）からの放射及び／又は垂直方向の力によってケーブルにスロットの壁に対する圧力がかかったとき、その外側の半導電層３４に深刻な損傷を与えることとなる。図の上部、広い部分７ａと７ｂとの間に、どのように本発明の好ましい実施形態にしたがった狭い部分８ｂが設計されているかが図示れている。ここにおけるスロットの壁の形状は、隣接した円弧の形状をした部分１５と１９との間の狭い部分８ａにおける円弧１７から形成されている。円弧１７は、１６及び１８の部分の外側の円弧１５及び１９による接線を形成している。狭い部分８ａと隣接する広い部分７ａ及び７ｂとの間の変わり目は、このように、なだらかで且つコーナー１４のような、７ａ及び７ｂ部分でケーブル・リード‐スルーの外側の半導電層に損傷を与えるようなコーナーが無い。記述したように、図３は、発明を説明するためのみのものであり、すべての狭い部分は図中の８ａ部分のような形状であるので、本発明にしたがったスロットはコーナー１４と均等ないかなるコーナーも無いことを理解すべきである。スロット壁の狭い部分のセクション１７の全てが、円弧状であることは、ここでは必要ないことを理解すべきである。重要な点は、セクション１５と１９との間の変わり目及び中間セクションにコーナーが無いことであり、それは、変わり目部分のみにの形状に丸みをつけることによって達成されることができる。そのような実施形態が図４に図示されている。図は、狭い部分８における３つの異なった壁の形状を図示している。１３は、図３、すなわち、コーナー１４によってケーブル６が損傷を受ける可能性がある箇所に対応した形状１３を示している。１７は、図３において８ａとして示される円弧１７が形成する狭い部分全体の形状を示している。２０、２１及び２２は、本発明の他の実施形態にしたがった形状を示すものである。ここで、短い円弧状のセクション２０，２２は、広い部分の円弧１５及び１９と結合しているが、２つの円弧状の部分は直線２１に接続されている。コーナー２３、２４がここに形成されているが、円弧状のセクション２０及び２２は、ケーブルがコーナーのいずれか一方に接触する危険性が無いように、両方のコーナーが充分にケーブル６から離れることを確保できるくらい充分に長い。重要な点は、このように、ケーブルの中間付近でコーナーを回避することである。円弧セクション２０、２２は、また、接線区間においで広い円弧セクション１５及び１９を結合させるような、直線を含む、他の曲線形状に置きかえることも可能である。それらの間のセクション２１は、勿論、任意の形状を有することもできる。本発明は、スロット５の広い部分７及び狭い部分８が非対称であるときでも、適用可能である。図５及び６は、そのような非対称なスロットの２つの実施形態を示している。図５は、一方の平坦なスロット壁と、一方の狭い部分により形成された出入りを提供するものを示している。図６において、それぞれの狭い部分は一方の平坦な壁セクション及び他方の出入りによって形成されており、平坦及び出入り側は交互にスロットの壁に配置されている。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１１年３月４日（１９９９．３．４）【補正内容】１０．ケーブル（６）は、複数の撚り線部分（３１）を伴ったコアから構成されるタイプである請求項１〜９のいずれか一項に記載の回転電気機器。１１．高電圧ケーブル（６）は、２０〜２００ｍｍの範囲の直径及び８０〜３０００ｍｍ²の範囲の導電領域を有する請求項１〜１０のいずれか一項に記載の回転電気機器。１２．前記層の材質は、高い弾性、好ましくは５００ＭＰａ未満のＥ係数、更に好ましくは２００ＭＰａ未満であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の回転電気機器。１３．前記各層中の材質の熱膨張率が実質的に等しいことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の回転電気機器。１４．前記層間の付着力は、材質の最も弱いものにおけるものと少なくとも同じ大きさであることを特徴どする請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の回転電気機器。１５．それぞれの前記半導電層は本質的に１つの等電位面から構成されることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の回転電気機器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】１．固定子のスロット（５）を通じて引張られている巻線を有する固定子を含む回転電気機器であって、巻線は、柔軟であって、内部半導電層によって覆われた電気導電性のコア、前記内部半導電層を覆う固体材料絶縁層、及び前記絶縁層を覆う外側半導電層から構成され、前記各層は相互に付着され、各層は動作中に発生する温度の影響下で相互の付着が維持されるように材質の弾性によって動作中の温度の影響によって起こる層間の体積変化を解消するような弾性及び材質の熱膨張係数間の関係を有する材質によって構成される、高電圧ケーブル（６）から構成され、及び前記スロット（５）において交互に狭い部分（８）及び広い部分（７）が、前記スロットの２つの壁によって、放射方向に形成され、放射セクションにおける前記壁は、少なくともケーブル（６）と接触する領域においては、吐出したコーナーを有しない形状を有することを特徴とする回転電気機器。２．前記形状は、コーナーを有しない請求項１に記載の回転電気機器。３．前記形状は、少なくとも１つの壁に沿って、広い部分（７）において凹状の、円弧セクション（１５，１９）及び狭い部分（８）を形成するセクションに対して前記円弧セクション（１５，１９）と接続する凸状の曲線セクション（１７，２０，２２）を提供する請求項１に記載の回転電気機器。４．前記凸状の曲線セクション（１７，２０，２２）は、円弧状である請求項３記載の回転電気機器。５．前記セクション（１７，２０，２２）を形成する狭い部分（８）は、凸状にカーブしている請求項３又は４に記載の回転電気機器。６．前記セクションを形成する狭い部分（８）は、円弧状である請求項５に記載の回転電気機器。７．前記スロット（５）は、前記スロットの中間を通じた放射平面に対して非対称である請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転電気機器。８．１つのスロット壁（２５）は、実質的に平坦である請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転電気機器。９．それぞれの壁の形状は、２つの広い部分（７）と交互に接続し且つ前記両方の広い部分（７）の円弧状セクション（１５）に対する接線区間を形成する平坦なセクション（２６）を有する請求項２〜６のいずれか一項に記載の回転電気機器。１０．ケーブル（６）は、複数の撚り線部分（３１）を伴ったコアから構成されるタイプである請求項１〜９のいずれか一項に記載の回転電気機器。１１．高電圧ケーブル（６）は、２０〜２００ｍｍの範囲の直径及び８０〜３０００ｍｍ²の範囲の導電領域を有する請求項１〜１０のいずれか一項に記載の回転電気機器。１２．前記層の材質は、高い弾性、好ましくは５００ＭＰａ未満のＥ係数、更に好ましくは２００ＭＰａ未満であることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の回転電気機器。１３．前記各層中の材質の熱膨張率が実質的に等しいことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の回転電気機器。１４．前記層間の付着力は、材質の最も，弱いものにおけるものと少なくとも同じ大きさであることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の回転電気機器。１５．それぞれの前記半導電層は本質的に１つの等電位面から構成されることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の回転電気機器。