JP2003527050A - 回転電気機械 - Google Patents

回転電気機械

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JP2003527050A
JP2003527050A JP2001562806A JP2001562806A JP2003527050A JP 2003527050 A JP2003527050 A JP 2003527050A JP 2001562806 A JP2001562806 A JP 2001562806A JP 2001562806 A JP2001562806 A JP 2001562806A JP 2003527050 A JP2003527050 A JP 2003527050A
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stator
high voltage
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JP2001562806A
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ディルク・ペイール
カトリン・テムメン
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フォイト・ジーメンズ・ヒドロ・パワー・ジェネレーション・ゲーエムベーハー・ウント・コ・カーゲー
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    • H—ELECTRICITY
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H—ELECTRICITY
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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Abstract

(57)【要約】 回転電気機械（２）、特に高圧発電機において、効果的な冷却と良好な絶縁とを保証するために、高圧導線（１４）が、特にセラミックの粉末状の埋設材料（２０）によって通路（１２）に埋設される。埋設材料（２０）は優れた熱伝導性と優れた電気絶縁能力を有しており、粉末成分として特に酸化アルミニウムや窒化アルミニウムを有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基体と、この基体の中を延びる複数の高圧導線を備えるステータ巻
線とを有するステータを備えている回転電気機械、特に高圧発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転電気機械、たとえばエネルギー生産の分野で利用するためのタービ
ン発電機などは、１０−２５ｋＶの比較的低い電圧用として設計されている。そ
れに対して、本発明が対象とする回転機、特に発電機は、高圧用として設計され
ている。このとき高圧とは、３０ｋＶから数百ｋＶの範囲を意味している。この
ような種類の高圧発電機は、特に遠距離電力網の電源電圧用として設計されてお
り、すなわちたとえば１１０ｋＶ用として設計されている。高圧発電機の決定的
な利点は、変圧器を必要とすることなく、電流を遠距離電力網へ直接供給するこ
とができるという点に見ることができる。
【０００３】 従来の発電機と高圧発電機の主な相違点は、巻線の設計に見ることができる。
このことは特に、高圧発電機では高圧導線として構成されている個々の導線の構
成について当てはまる。非常に高い電圧が発生するので、高圧導線は従来の発電
機における導線とは根本的に異なる絶縁部を有している。高圧導線は特に従来の
高圧ケーブルに類似しており、たとえば、特にプラスチック絶縁部などの相応の
絶縁部で包囲された一束の導線ストランドを有している。
【０００４】 高圧発電機は電圧が高いので、電気的／機械的な周辺条件を考慮し、さらに発
電機の冷却を考慮した新設計が必要である。
【０００５】 国際出願公開第９７／４５９３４号パンフレットおよび国際出願公開第９７／
４５９１４号パンフレットには、ステータが複数の高圧導線を備えるステータ巻
線を有している高圧発電機がそれぞれ記載されている。このステータは個々の歯
状のステータセグメントで形成されており、これらのステータセグメントはそれ
ぞれ発電機の長手方向に延びていて、ほぼ台形の横断面を有している。個々のス
テータセグメントがステータの基体を形成している。この基体に、特にステータ
セグメントの各々に、溝が刻設されており、この溝にそれぞれ高圧導線のいくつ
かが配置されている。この溝は高圧導線と同じく発電機の長手方向に延びており
、半径方向でステータの基体に入り込むように延びている。溝の中に配置された
個々の高圧導線は、半径方向で一つの列をなしている。溝の各々は複雑な幾何学
形状を有しており、溝の側壁は、個々の高圧導線に対応する湾曲部で構成されて
いる。断面で見ると、溝形状は自転車のチェーンになぞらえることができる。
【０００６】 ステータを冷却するため、国際出願公開第９７／４５９１４号パンフレットに
記載の装置では複数の冷却通路が設けられており、これらの冷却通路は基体を通
って長手方向に延びており、個々の溝の間に配置されている。これらの冷却通路
の各々には、作動時に冷却剤が貫流する冷却配管が埋め込まれている。この場合
、基体との良好な熱接触を可能にするために、それぞれの冷却配管と付属の冷却
通路との間に充填材料を埋め込むことが必要である。しかも高圧導線と基体の間
には少なくとも部分領域にエアギャップが存在しているので、高圧導線から冷却
通路への熱輸送が難しくなる。
【０００７】 国際出願公開第９７／４５９３４号パンフレットは、特に高圧導線や高圧ケー
ブルの絶縁を対象としている。その絶縁外装は、特に、電気的な絶縁をするため
の特別な多層構造を有している。絶縁作用を高めるため、追加的に、溝の特別な
内張りやコーティング設けられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、確実で信頼性の高い運転が保証される回転電気機械、特に高
圧発電機を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】 この課題は本発明によれば、基体と、この基体の中を延びる複数の高圧導線を
備えるステータ巻線とを有するステータを備えている回転電気機械、特に高圧発
電機であって、高圧導線の少なくともいくつかが埋設材料によって基体に埋設さ
れているものによって解決される。
【００１０】 このことは、個々の高圧導線と基体の間に、断熱体として作用するエアギャッ
プが生じないという主要な利点がある。したがって埋設材料により、高圧導線か
らの良好な熱輸送が実現される。それによって冷却システムの効率が高くなる。
【００１１】 複数の高圧導線が基体の溝または通路の中に一緒に取り付けられていると、埋
設材料が、個々の高圧導線の位置が相互に固定されるように作用するという利点
が得られる。つまりこの場合、溝の複雑な幾何学形状全体にわたって高圧導線の
位置固定を具体化する必要がない。
【００１２】 有利な実施形態では、埋設材料は優れた熱伝導性および／または優れた電気絶
縁能力を有している。優れた熱伝導性は効果的な冷却をもたらすように作用し、
優れた電気絶縁能力は、たとえば個々の高圧導線の間で電気的なフラッシュオー
バが発生するのを防止する。埋設材料はこれら両方の特性を組み合わせた形で満
たしているのが好ましく、それにより、高い熱伝導性と、優れた電気絶縁と、高
圧導線の位置固定という利点が簡単なやり方で実現される。
【００１３】 有利な実施形態では、簡単な取扱性のために埋設材料が粉末状になっている。
それにより、高圧導線と基体の間の中空スペースがほぼ完全に埋設材料で充填さ
れることが保証される。
【００１４】 埋設材料は、優れた熱伝導性および／または優れた電気絶縁能力をもつセラミ
ック粉末であるのが好ましい。セラミック粉末は、特に電気絶縁能力の観点から
非常によく適しているからである。
【００１５】 セラミック粉末としては、優れた熱導線であり優れた電気絶縁体でもあると同
時に低コストな、酸化アルミニウムを用いるのが好ましい。別の粉末としては、
窒化アルミニウム、窒化ホウ素、または酸化マグネシウム、またはこれらの粉末
の混合物を用いるのが好ましい。たとえば有利なセラミック粉末としては、窒化
アルミニウムと酸化アルミニウムの混合物が使用される。
【００１６】 高圧導線のいくつかが、長手方向に基体を通って延びる通路と一緒に、半径方
向で相並んで配置されていると好都合であり、それによってステータの比較的簡
素な構造が可能である。
【００１７】 このとき通路が平坦な側壁によって仕切られており、特に長方形の横断面を有
していると好都合である。このことは、一方では製造技術的に非常に簡単に具体
化できるとともに、他方では、湾曲や尖端のない通路のほぼ平滑な外側輪郭が、
発電機の運転時に発生する磁場や電場に対してプラスに作用する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照しながら本発明の実施例を詳しく説明する。図面はそれぞれ
大幅に簡略化して図示されている。
【００１９】 高圧発電機として構成されている発電機２を示す部分的なセグメントごとの図
１の横断面図では、発電機２は、エアギャップ６を形成しながらロータ８を取り
囲むステータ４を有している。ステータ４は、複数の通路１２が延びる基体１０
を含んでいる。個々の通路１２の中には、円形の断面をもつ複数の高圧導線１４
がそれぞれ延びており、これらの高圧導線はそれぞれの通路１２の中で相並んで
配置されていて一つの列を形成している。通路１２は発電機２の軸方向または長
手方向に延びており、それと同時に基体１０の半径方向に入り込むように延びて
いる。これらの通路はステータ４のロータ側の内面１６を起点として、ステータ
の高さＨの約２／３までステータの内部に入り込むように延びている。
【００２０】 基体１０は個々の歯状のステータセグメント１８で形成されており、これらの
ステータセグメントはほぼ台形の断面形状をそれぞれ有するとともに、発電機２
の長手方向に延びている。個々のステータセグメント１８が円筒状の基体１０を
形成している。
【００２１】 図２に拡大して示す通路を見るとわかるように、個々の通路１２の中の高圧導
線１４は、高圧導線１４と通路１２の間に残っている中間スペースを完全に充填
する粉末状の埋設材料２０でそれぞれ包囲されている。この埋設材料２０は酸化
アルミニウム粉末、または酸化アルミニウム粉末と窒化アルミニウム粉末の混合
物であるのが好ましい。窒化ホウ素や酸化マグネシウムも、埋設材料２０として
利用することができる。
【００２２】 粉末状の埋設材料２０は、個々の高圧導線１４を通路１２に配置することを簡
単なやり方で可能にする。このとき埋設材料２０は、個々の導線１４が基体１０
からも通路１２の側壁２２からも間隔をおくと同時に、相互の間隔もおくように
作用している。それによって特に、均等な相互間隔および基体１０との均等な間
隔が実現される。このことは、特に、できるだけ均一かつ均等に延びる電場およ
び／または磁場という観点から好ましい。
【００２３】 さらに、個々の高圧導線１４の均等な間隔によって、高圧導線１４相互の間、
および高圧導線と基体１０との間の電位差が大きくなりすぎることによる障害の
危険が少なくなる。大きすぎる電位差は、状況によっては、絶縁作用を損なうフ
ラッシュオーバにつながる。
【００２４】 このように粉末状の埋設材料２０は、個々の高圧導線１４相互の絶縁性を向上
させるとともに、基体１０に対する絶縁性も向上させる。高圧導線１４は、絶縁
をする目的のために、本来の心線２６を包囲する絶縁外装２４をすでに有してい
る。この絶縁外装２４は、従来の高圧ケーブルで使用されているような、たとえ
ばプラスチック等の絶縁性材料で形成されていることが好ましい。
【００２５】 さらに埋設材料２０は絶縁機能に加えて、冷却通路２８に通される冷却剤によ
って冷却される基体１０への、高圧導線１４の優れた熱的な結合ももたらす。冷
却通路２８は、基体１０の中でそれぞれの通路１２の間に配置され、発電機２の
長手方向に延びているのが好ましい。冷却剤としては、たとえば空気や水素など
の冷却ガス、あるいはたとえば油などの冷却液を利用することができる。出力の
高いタービン発電機の場合には、冷却能力が優れているので水素を冷却剤として
用いるのが通例である。
【００２６】 個々の高圧導線１４は埋設材料２０によって通路１２内での位置を不動に位置
決めされているので、通路が高圧導線１４のための保持機能や支持機能を引き受
ける必要がない。したがって、通路がそれに応じて簡素に構成されるという利点
があり、通路は（図示しているように）特に長方形の断面を備えている。それに
より、側壁２２が実質的に平滑に延びることが可能であり、このことは電気特性
および／または磁気特性の観点から有利である。通路１２は、ステータ４の中に
位置している端面側の端部３０のところで面取りされているのが好ましい。
【００２７】 図２では、通路１２の幅Ｂは高圧導線１４の直径Ｄを上回っている。それによ
り、高圧導線１４と通路１２の間に、埋設材料２０で形成される追加的な電気絶
縁層が存在することが保証される。絶縁外装２４を通じて心線２６が十分に絶縁
されているときは、高圧導線１４が側壁２２に当接するように、通路１２の幅Ｂ
が直径Ｄに合わせて設定されていてよい。
【００２８】 高圧導線１４を通路１２に埋め込むときは、たとえば、個々の高圧導線と埋設
材料２０を交互に通路１２の中に入れるようにして作業を進め、それによって、
個々の高圧導線の均等な相互間隔を得る。粉末状の埋設材料は、振り動かしたり
揺り動かしたりして緊密化するのが好ましい。基体１０が個々のステータセグメ
ント１８に区分されているので、このような手順を問題なく具体化することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 発電機の横断面を示す部分図である。
【図２】 複数の高圧導線が埋設材料によって中に埋設されている、ステー
タの基体にある通路を示す部分図である。
【符号の説明】
２ 発電機（回転電気機械） ４ ステータ １０ 基体 １２ 通路 １４ 高圧導線 ２０ 埋設材料 ２２ 側壁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 1/20 Ｈ０２Ｋ 1/20 Ｚ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 5H002 AA10 AB01 AD04 AE00 5H603 AA04 AA05 AA11 AA12 AA13 BB02 BB05 BB12 CA01 CA05 CB02 CB23 CB24 CB26 CC04 CC17 CD22 CE01 FA01 FA11 FA16 5H604 AA01 AA03 BB03 BB10 BB14 CC01 CC05 CC14 DA01 DA04 DB01 PB01 PB02 PB03

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基体（１０）と、この基体（１０）の中を延びる複数の高圧
    導線（１４）を備えるステータ巻線とを有するステータ（４）を備えている回転
    電気機械（２）、特に高圧発電機において、高圧導線（１４）の少なくともいく
    つかが埋設材料（２０）によって基体（１０）に埋設されていることを特徴とす
    る回転電気機械。
  2. 【請求項２】 埋設材料（２０）が優れた熱伝導性および／または優れた電
    気絶縁能力を有していることを特徴とする、請求項１に記載の機械（２）。
  3. 【請求項３】 埋設材料（２０）が粉末状であることを特徴とする、請求項
    １または２に記載の機械（２）。
  4. 【請求項４】 埋設材料（２０）が、優れた熱伝導性および／または優れた
    電気絶縁能力をもつセラミック粉末であることを特徴とする、請求項３に記載の
    機械（２）。
  5. 【請求項５】 セラミック粉末が、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、
    窒化ホウ素、または酸化マグネシウムのうち少なくとも１つを有していることを
    特徴とする、請求項４に記載の機械（２）。
  6. 【請求項６】 高圧導線（１４）のいくつかが、基体（１０）を通って長手
    方向に延びる通路（１２）に半径方向で相並んで配置されていることを特徴とす
    る、請求項１から５のいずれか１項に記載の機械（２）。
  7. 【請求項７】 通路（１２）が平坦な側壁（２２）で仕切られており、特に
    長方形の横断面を有していることを特徴とする、請求項６に記載の機械（２）。
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