JP2006025557A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】 発電機や電動機等として用いられる回転電機において、固定子の接続部を簡単に絶縁することができるとともに、放電劣化による巻線焼損を防止でき、かつ信頼性の高い回転電機を提供する。
【解決手段】 回転電機の固定子の接続部絶縁を、印加電圧に対して放電しない厚さで、１周より多く、断面が螺旋状に巻回され、多角形に折り曲げられ、または内側に折り重ねられた絶縁紙３２が差し込まれた絶縁チューブ３１、または熱収縮性を有する絶縁チューブ３１ａで構成する。
【選択図】 図１

Description

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。

回転電機における固定子コイルの焼損原因のひとつに電圧劣化がある。これは、定格運転時、その部分に生じる電位差がその放電電圧より高い場合、部分放電を常時発生し、電線の絶縁皮膜に放電による劣化、つまり放電劣化が発生、進行する現象で、固定子コイルの短絡、焼損を招く。短絡個所としては、対地間と異相間があり、ともに絶縁を施す必要がある。
ここで、従来技術について説明する。
図６は回転電機の固定子を示す図で、（ａ）は回転電機の固定子の斜視図、（ｂ）はコイルエンドの斜視図である。
図６（ａ），（ｂ）において、１１は固定子コイル、１２は固定子鉄心、１３はスロット、１４は電線、１４ｃは電線保護用絶縁チューブ、１５は口出線、１６ａはスロットライナ、１６ｂはウェッジ、１６はスロット絶縁、１７は相間絶縁紙、１９は接続部絶縁、２０は緊縛ひもである。なお、前記固定子鉄心１２の内周部には、内周面に径方向の空隙を介して対向するように、図示しない回転子が配置されている。前記回転子は、前記固定子と回転子を含む外周に配設されたフレームの両側の開口部に取り付けられたブラケットに軸受を介して回転自在に支持された回転軸と、この回転軸に装着された、薄板鋼鈑を積層して形成された回転子鉄心とから構成されている。
ここで、対地間の絶縁としては、固定子コイル１１とスロット１３の間に必要であり、スロットライナ１６ａとウェッジ１６ｂが挿入される。
異相間の絶縁としては、ひとつは位相が異なる２つの固定子コイル１１（異相の固定子コイル１１）の間に必要であり、相間絶縁紙１７が挿入される。もうひとつは電線１４と電線１４、または電線１４と口出線１５を接続した接続部１８と、異相の固定子コイル１１や電線１４、電線保護用絶縁チューブ１４ｃとの間に必要であり、接続部絶縁１９が設けられる。なお、接続部１８は、金属製の圧着接続子を用いた機械的圧着やはんだ付け、溶融溶接による化学的接合等により形成される。

図７は、第１の従来技術による接続部絶縁を示す図で、（ａ）は絶縁テープを巻回途中の斜視図、（ｂ）は絶縁テープを巻回後の斜視図である。これは、接続部１８の周囲に絶縁テープ３０が所定の厚さになるまで複数回巻回されたものである。作業手順としては、前記接続部１８を形成した後、電気絶縁性、耐熱性に優れたポリエステルフィルムテープを複数回巻回し、最終面に、浸透せず常温硬化する酢酸ビニール等の接着剤をへら等で付着させて貼り付ける。または、裏面に耐熱性に優れたウレタンやアクリル樹脂等の接着層が設けられているポリエステルフィルム粘着テープを、同様に巻回する。

図８は、第２の従来技術による接続部絶縁を示す図で、（ａ）は絶縁チューブを挿入前の斜視図、（ｂ）は絶縁チューブを挿入後の斜視図である。これは、接続部１８に、絶縁チューブ３１が挿入されたものである。具体的には、電線１４に前もって絶縁チューブ３１を通しておき、接続部１８を形成後、接続部１８の位置まで移動させる。絶縁チューブ３１としては、電気絶縁用ガラスクロスに、シリコーン樹脂が含浸、加熱硬化されたシリコーンワニスガラスクロス等が用いられる。

図９は、第３の従来技術による接続部絶縁を示す図で、（ａ）は接続部絶縁紙の平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。図１０は、固定子に取り付けた後の外観を示す正面図である（例えば、特許文献１参照）。
ここで、１、２、３は接続部収納部、４は超音波溶着部、５は台座部、６は固定子鉄心、７は主コイル、８は補助コイル、９は口出線である。接続部絶縁紙は、部分的に超音波溶着を行い、超音波溶着部４により、横一列に、袋状の接続部収納部１、２、３を設けたもので、接続部収納部１、２、３の中に各接続部を収納後、台座部５の部分がコイルエンドの中に挿入、固定されたものである。
特開平９−８４２８８号公報（第４頁、図１、図２）

第１の従来技術による接続部絶縁は、接続部１８の周囲に、絶縁テープ３０が所定の厚さになるまで複数回巻回されたものである。前記絶縁テープ３０の巻回において、接続部１８の形状が平らではなく、せまい部位において行われるため、乱れた巻き方となる。全周で所定の厚さを確保するため、位置によっては不必要に巻回数が多くなってしまい、それだけ作業時間も長くなる。
第２の従来技術による接続部絶縁は、接続部１８に、絶縁チューブ３１が挿入されたものである。この場合、接続部１８に圧着接続子の端部やはんだ、溶接ビートのバリが突起となり、絶縁チューブ３１の内周に切り傷がつくことが懸念される。さらに固定子コイル１１のコイルエンドの圧縮整形を行うと、前記突起の前記絶縁チューブ３１の内周への浸入深さが深くなり（絶縁厚さの低下）、電界集中も生じることになり、放電しやすくなる。最悪の場合、前記突起により前記絶縁チューブ３１が裂けてしまう。よって、このような加工劣化に耐えることのできるかたさと厚さの厚いものを選定する必要がある。
第３の従来技術による接続部絶縁は、部分的に超音波溶着を行い、超音波溶着部４により、横一列に、袋状の接続部収納部１、２、３を設けたもので、接続部収納部１、２、３の中に各接続部を収納後、台座部５の部分がコイルエンドの中に挿入、固定されたものである。この場合、絶縁紙を丸めた状態で超音波溶着ができる冶具と設備が必要であり、加工に時間がかかる。また、接続部収納部１、２、３の大きさや間隔が固定されるため、基本的に同じ製品にしか適用できず、汎用性が悪い。また、接続部収納部１、２、３は片側から収納するため、一方の電線の上に折り返して重ねることになり、接続部絶縁の設置スペースが広めに必要であるという問題もあった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、時間をかけて不必要に絶縁厚さを厚くしておく必要がなく、加工劣化に強く、超音波溶着という複雑な加工が不要となり、出来上がり寸法による適用機種の制約もなく、省スペースで確実に接続部を絶縁することができる固定子の接続部絶縁構成を有する回転電機を提供することを目的とするものである。

上記問題を解決するため、本発明は、回転電機の固定子の接続部絶縁を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、接続部の絶縁を、印加電圧に対して放電しない厚さで、絶縁紙により構成された絶縁層を有する絶縁チューブで行なうことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は接続部の絶縁を、断面が螺旋状で、１周より多く巻回された絶縁紙が差し込まれた絶縁チューブで行なうことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、接続部の絶縁を、断面が多角形で、１周より多く内側に折り曲げられた絶縁紙が差し込まれた絶縁チューブで行なうことを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、接続部の絶縁を、１周より多く内側に折り重ねられた絶縁紙が差し込まれた絶縁チューブで行なうことを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、接続部の絶縁を、断面が螺旋状に巻回され、多角形に折り曲げられ、または内側に折り重ねられた絶縁紙が差し込まれた絶縁チューブで行ない、かつ、その絶縁チューブが絶縁紙よりも長く、熱収縮性を有するものであることを特徴とするものである。

本発明によると、次のような効果がある。
回転電機の固定子の接続部絶縁として、請求項１に記載の発明によると、印加電圧に対して放電しない厚さで、絶縁紙により構成された絶縁層を内周に有する絶縁チューブを挿入したものである。これにより、時間をかけて不必要に絶縁厚さを厚くしておく必要がなく、加工劣化に強く、超音波溶着という複雑な加工を行うことなく、出来上がり寸法による適用機種の制約もなく、省スペースで確実に接続部を絶縁することができる。
請求項２に記載の発明によると、断面が螺旋状で、１周より多く丸められた絶縁紙が差し込まれた絶縁チューブを挿入しているので、請求項１の発明の利点に加え、絶縁チューブ３１の内周に、絶縁紙による絶縁層を簡単に設けることができる。
請求項３に記載の発明によると、断面が多角形で、１周より多く内側に折り曲げられた絶縁紙が差し込まれた絶縁チューブを挿入しているので、請求項１の発明の利点に加え、絶縁チューブ３１の内周に、絶縁紙による絶縁層を簡単に設けることができる。
請求項４に記載の発明によると、１周より多く内側に折り重ねられた絶縁紙が差し込まれた絶縁チューブを挿入しているので、請求項１の発明の利点に加え、絶縁チューブ３１の内周に、絶縁紙による絶縁層を簡単に設けることができる。
請求項５に記載の発明によると、断面が螺旋状に巻回され、多角形に折り曲げられ、または内側に折り重ねられた絶縁紙が差し込まれた絶縁チューブにおいて、その絶縁チューブが絶縁紙よりも長く、熱収縮性を有するので、請求項１の発明の利点に加え、接続部絶縁が作業中にずれることを確実に防止することができる。

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。

図１は、本発明の第１の実施例による接続部絶縁を示す図で、（ａ）は単体の斜視図、（ｂ）は接続部に挿入後の斜視図である。図１（ａ），（ｂ）において、絶縁チューブ３１の内周に絶縁紙３２を差し込み、これを接続部絶縁１９とする。前記絶縁紙３２は、耐熱性、電気絶縁性、機械的強度等に優れる、全芳香族ポリアミド紙、電気絶縁用ポリエステルフィルムや、電気絶縁用ポリエステルフィルムの両面に全芳香族ポリアミド紙を接着剤で貼り合わせたノーメックスペーパ複合品等が用いられる。前記絶縁紙３２により形成される絶縁層の片側の厚さは、印加電圧に対して放電しない厚さよりも厚くする。前記絶縁チューブ３１は、電気絶縁用ガラスクロスにシリコーン樹脂が含浸、加熱硬化されたシリコーンワニスガラスチューブやガラスチューブが用いられる。前記絶縁チューブ３１の内径は、前記接続部１９と絶縁紙３２の両側厚さの合計よりも大きいものである。絶縁チューブ３１の長さは、前記絶縁層と同じであり、接続部１８の他に、電線１４の絶縁皮膜剥ぎ部１４ａ、または口出線１５の絶縁皮膜剥ぎ部１４ｂを十分に包括するものである。そして、絶縁部の絶縁処理手順としては、製作した接続部絶縁１９をあらかじめ一方の電線１４に通しておき、電線１４と電線１４、または電線１４と口出線１５を接続して接続部１８を製作後、前記接続部絶縁１９を前記接続部１８の位置まで移動させる。
本発明が特許文献１と異なるところは、接続部絶縁において、超音波溶着を行って接続部収納部を設けた絶縁紙を用いるのではなく、印加電圧に対して放電しない厚さで、絶縁紙により構成された絶縁層を有する絶縁チューブを用いている点である。
これにより、超音波溶着という複雑な加工が不要となり、接続部１８を確実に絶縁することができる。また、これにより、時間をかけて不必要に絶縁厚さを厚くしておく必要がなく、加工劣化に強く、超音波溶着という複雑な加工を行うことなく、出来上がり寸法による適用機種の制約もなく、省スペースで確実に接続部を絶縁することができる。

図２は、本発明の第２の実施例による接続部絶縁の透視図である。これは、断面が螺旋状で３周ほど巻回された絶縁紙３２を、絶縁チューブ３１の中に差し込んだものである。接続部絶縁１９の製作手順としては、必要な長さに裁断された所定の厚さの絶縁紙３２を丸棒等に３周ほど巻き付けて螺旋状に形を作り、必要な長さに裁断された絶縁チューブ３１の中に差し込む。または、かなり長い絶縁紙３２を螺旋状にして、かなり長い絶縁チューブ３１の中に差し込んだ後、必要な長さに裁断して製作する。接続部１８の絶縁処理手順としては、製作した接続部絶縁１９をあらかじめ一方の電線１４に通しておき、接続部１８を製作後、前記接続部絶縁１９を前記接続部１８の位置まで移動させる。ここで、絶縁紙３２の巻回数は、どの方向においても切れ目が生じないように１周より多く巻回していれば良い。
これにより、第１の実施例における利点に加え、絶縁チューブ３１の内周に、絶縁紙による絶縁層を簡単に設けることができる。

図３は、本発明の第３の実施例による接続部絶縁の透視図である。これは、断面が六角形で３周ほど内側に折り曲げられた絶縁紙３２を、絶縁チューブ３１の中に差し込んだものである。接続部絶縁１９の製作手順としては、所定の厚さの絶縁紙３２を、断面が六角形の棒等に３周ほど巻き付けて六角形に形を作り、絶縁チューブ３１に差し込んで製作する。接続部１８の絶縁処理手順としては、製作した接続部絶縁１９をあらかじめ一方の電線１４に通しておき、接続部１８を製作後、前記接続部絶縁１９を前記接続部１８の位置まで移動させる。ここで、絶縁紙３２の断面形状に制限は無く、四角形や八角形等の多角形でも良い。また、絶縁紙３２の巻回数は、どの方向においても切れ目が生じないように１周より多く巻回していれば良い。
これにより、第１の実施例における利点に加え、絶縁チューブ３１の内周に、絶縁紙による絶縁層を簡単に設けることができる。

図４は、本発明の第４の実施例による接続部絶縁の透視図である。これは、３周ほど内側に折り曲げられた絶縁紙３２を、絶縁チューブ３１の中に差し込んだものである。接続部絶縁１９の製作手順としては、所定の厚さの絶縁紙３２を内側に３周ほど折り曲げ、絶縁チューブ３１に差し込んで製作する。接続部１８の絶縁処理手順としては、製作した接続部絶縁１９の中央にあらかじめ一方の電線１４を通しておき、接続部１８を製作後、前記接続部絶縁１９を前記接続部１８の位置まで移動させる。絶縁紙３２の巻回数は、どの方向においても切れ目が生じないように１周より多く巻回していれば良い。
これにより、第１の実施例における利点に加え、絶縁チューブ３１の内周に、絶縁紙による絶縁層を簡単に設けることができる。

図５は、本発明の第５実施例による接続部絶縁の透視図である。これは、断面が螺旋状に巻回された絶縁紙が差し込まれた絶縁チューブ３１ａにおいて、その絶縁チューブ３１ａが絶縁紙３２よりも長く、熱収縮性を有する構成としたものである。接続部絶縁１９の製作手順としては、所定の厚さの絶縁紙３２を螺旋状に巻き、絶縁チューブ３１ａに差し込んで製作する。ここで、絶縁紙３２は、断面形状が多角形や、内側へ折り曲げられたものでも良い。また、絶縁紙３２の巻回数は、どの方向においても切れ目が生じないように１周より多く巻回していれば良い。
接続部１８の絶縁処理手順としては、製作した接続部絶縁１９の中央にあらかじめ一方の電線１４を通しておき、接続部１８を製作後、前記接続部絶縁１９を前記接続部１８の位置まで移動後、ドライヤー等の局部加熱等により熱収縮させて末端を固定させる。
これにより、第１の実施例における利点に加え、接続部絶縁が作業中にずれることを確実に防止することができる。

本発明の第１の実施例による接続部絶縁を示す図で、（ａ）は単体の斜視図、（ｂ）は接続部に挿入後の斜視図である。 本発明の第２の実施例による接続部絶縁の透視図である。 本発明の第３の実施例による接続部絶縁の透視図である。 本発明の第４の実施例による接続部絶縁の透視図である。 本発明の第５実施例による接続部絶縁の透視図である。 回転電機の固定子を示す図で、（ａ）は回転電機の固定子の斜視図、（ｂ）はコイルエンドの斜視図である。 第１の従来技術による接続部絶縁を示す図で、（ａ）は絶縁テープを巻回途中の斜視図、（ｂ）は絶縁テープを巻回後の斜視図である。 第２の従来技術による接続部絶縁を示す図で、（ａ）は絶縁チューブを挿入前の斜視図、（ｂ）は絶縁チューブを挿入後の斜視図である。 第３の従来技術による接続部絶縁を示す図で、（ａ）は接続部絶縁紙の平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。 第３の従来技術における接続部絶縁を固定子に取り付けた後の外観を示す正面図である。

符号の説明

１、２、３ 接続部収納部
４ 超音波溶着部
５ 台座部
６、１２ 固定子鉄心
７ 主コイル
８ 補助コイル
９、１５ 口出線
１１ 固定子コイル
１３ スロット
１４ 電線
１４ａ、１４ｂ 絶縁皮膜剥ぎ部
１４ｃ 電線保護用絶縁チューブ
１６ａ スロットライナ
１６ｂ ウェッジ
１６ スロット絶縁
１７ 相間絶縁紙
１８ 接続部
１９ 接続部絶縁
２０ 緊縛ひも
３０ 絶縁テープ
３１，３１ａ 絶縁チューブ
３２ 絶縁紙
３３ 圧着接続子

Claims (5)

1. ブラケットに軸受を介して回転自在に支持された回転軸と、
   薄板鋼板を積層して形成された回転子鉄心と、
   前記回転軸に前記回転子鉄心が装着された回転子と、
   内周面を前記回転子鉄心と径方向の空隙を介して対向させるとともに、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、
   絶縁材料から加工される相間絶縁紙と、
   絶縁材料により被覆された口出線と、
   前記固定子コイルの電線と電線及び電線と前記口出線との接続部を絶縁する接続部絶縁と、
   前記固定子鉄心のスロットに前記スロット絶縁と前記固定子コイルを、コイルエンドに相間絶縁紙が装着され、前記接続部に接続部絶縁が施され、樹脂処理された固定子と、
   前記回転子と固定子を含む外周に取り付けられたフレームと、
   前記フレームの両側の開口部に取り付けられたブラケットと、を備え、
   前記接続部絶縁は、印加電圧に対して放電しない厚さで、絶縁紙により構成された絶縁層を有する絶縁チューブであることを特徴とする回転電機。
2. 前記接続部絶縁は、断面が螺旋状で、１周より多く巻回された絶縁紙が差し込まれた絶縁チューブであることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
3. 前記接続部絶縁は、断面が多角形で、１周より多く内側に折り曲げられた絶縁紙が差し込まれた絶縁チューブであることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
4. 前記接続部絶縁は、１周より多く内側に折り重ねられた絶縁紙が差し込まれた絶縁チューブであることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
5. 前記接続部絶縁は、断面が螺旋状に巻回され、断面が多角形に折り曲げられ、または内側に折り重ねられた絶縁紙が差し込まれた絶縁チューブであり、かつ、前記絶縁チューブが絶縁紙よりも長く、熱収縮性を有することを特徴とする請求項１記載の回転電機。

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