JPS5895953A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 回転電犠のステータ巻線、特には超伝導同期発電機の空
隙電機子巻線に関するものであるＯ一般に，超伝・４発
電機のステータコイルはそれを直接支持するステータコ
アを有さない９暉電機子コイルである。超伝導発電様に
関する技術が開発されつつあるが，その要素のいくつか
は従来の発電機の設計をそのｔま採用したものてあり、
他の要素は従来の設計プラタテイスとは違った改良がな
されている０従来のステータコイルは位相電位すなわち
電位成分にあるコイルと基本的には大地電位にあるすぐ
隣りのステータコイルとの間に電気路かで幹ないように
！々絶縁畜れていなければならない０従って、従来の発
電機では各ステータコイルはこの電位に耐えられるよう
な絶縁体て被われている０初期に開発された超伝導発電
機では，超伝導発電機がそのステータコイルと密接した
大地電位のステータコアが無いにもかかわらず上述の設
計をその腋ま使用していた０超伝導発電機のステータコ
イルを他のステータコイルとの密接状態から離したこを
並びに位相をアース絶縁する必Ｉ！を無くしたことにと
もなって、ステータコイルを従来と異なった方法で機械
的に支持する必要が生じた０従来の発電機では，既に述
べたように，ステータコイルが複数のウェッジとともに
ステータコアの長さだけ離されたステータコイルを物理
的に支持していた。コアに直接支持されていないエンド
ターンには別の方法が必要で、そのために多（の研究が
なされ、多くの特許が出されている。超伝導発電機では
上記の機械的支持を別の方法で行なわなければならない
。

本発明の目的はステータコイルに必要な機械的支持がで
き且つ各導体に加える絶縁を少なくしてステータコイル
組立体に必要な空間を小さくできるようにすることにあ
る＠ 従来■発電機および超伝導発電機の両方に必要な電機子
巻線には導体中のオーム抵抗と渦電流損とによって生じ
る熱を除去するための冷却装置が必要である。この冷却
のための従来方法では各相コイルに対して多重流体結合
部が必要である。この点は米国特許第名／４４４４ツコ
号明細書に記載されている。

本発明の目的は電機子巻線のための空間を小さくし且つ
点検と保守が容易になるような超伝導発電機のステータ
コイル用絶縁、物理的支持及び冷媒結合装置を提供する
ことにある。

本発明の同転電機は複数の同心状のターンの形に成ｉＩ
Ｉされた導体を有し、上記ターンが第７および第１の弓
形表面を有する彎−面を形成している相コイルと、上記
相コイルの上記第１゛の弓形表置の近くに配置され且つ
実質的に剛体である電気絶縁性の内側スキンと、上記相
コイルの上記第一の表面の近くに配置され且つ実質的に
剛体である電気絶縁性の外側スキンと、上記内側スキン
および上記外側スキン間に配置され且つ略々剛体であり
、上記相コイルの外縁を電気絶縁する絶縁装置き、上記
導体の表面上に配置され且つ上記ターンの隣接部間の電
気的連通を阻止する装置とを備えている。

４）椙コイルは一連の直列結合された同心状ターンに成
形された導体を有し、インターリーブされた螺旋状・に
配置畜れている・各相コイルは電機子巻線を収納できる
だけの容積を占める。

従って１本発明の目的は電機子コイルに心上空間を最小
にできるように電機子コイ、ルの冷却結合部を単純化す
ることにある。米国特許第名ノ１０クコ号明細書に記載
されているような冷媒結合部を暇付ける従来の方法は、
電機子の完成後には冷媒結合部に点検のためにアクセス
（接近）するのが難しい。従って、本発明では冷媒結合
部を簡単にしてその部材を少なくシ、それによって点検
、保守のための接近が容易になる。

相コイルの各ターンはターン間電圧に耐えられるように
絶縁される。しかし電機子巻線全体には相コイル間の相
関電圧に耐えられるだけの充分な絶縁性能が与えられて
いる。各相コイルにはその放射方向内外両表面上に絶縁
スキンが設けられている。また、その外側端と同心状に
巻いた中心部とには追加の絶縁体要素が設けられている
〇 要約すると、絶縁体は各相コイルとそれに隣接する相コ
イルとの間の電気絶縁をするだけではなく、通常運転時
と異常運転中の両方で相コイルに加わる応力に耐えられ
るような機械的支持を与えるものである〇 以下、添付ａａｍを参照して本発明の詳細な説明する＠ 第１図は説明のために平らにして示した一つの相コイル
であり、実際には弓形即ち弧状に曲げられており、他の
複数め同様の相コイルと組合されて、螺旋状のインター
リーブされた複数の相コイルで構成される円筒形ステー
タを形成するＯ 相コイル１０は導体１１を巻いて形成した同心状の複数
のターンを有している＠各ターン（ハｒ＊、ｔａｂ、ｉ
参〇等）は中心空洞部ｉｔの囲りに電気的に直列な電機
子相コイルｉｏが形成されるように巻かれている。

第１＠に示すように本発明の相コイルはターン間絶縁が
大巾に小さくなっている点で従来の相コイルと大館（異
っている。第１図から明らかなように、互いに隣接する
ターン間には絶縁プロッタや絶縁層を入れることができ
るような空間は無い・この導体ｌＪはターン間電圧に耐
えられるだけの絶縁体で被われているだけである。従来
の超電導ステータの導体は各ターンｔ・位相から位相へ
の電圧から保薩するのに必要な厚さの廖い絶縁体が入れ
られるだけの空間をターン間に有する形状をしている。

この間隔を有するものの例は米国籍詐第４１．／１／４
ＩＪＪ号明細書に示されている。

これに対して、本発明の相コイルはターン間に別体の絶
縁部材を使用せず、各相コイルを以下に絆細にｗｉ明す
る一般に剛性のある絶縁部材で被って機械的に支持する
。

第コム図は第１図の導体ｌ−の断面図でｉる。

本発明の相コイルの各ターンは複数の素線導体コＱによ
って構成され、各素線導体コ０が複数個組合されて第１
図に示す導体／Ｊｔ−形成している。

第コム図には２列配置でｔ本の素線導体Ｊ０しか示して
いないが、これは本発明で利用可能なものの中の一例に
すぎない全素線導体Ｊ４７は発電機の磁場内に素線導体
−〇をより均一に分布するために相コイルの囲りに巻が
れた時に電気的に変位するということは理解できよう〇
第Ｊ図は第コム図に示す形状のものから一本の素線導体
Ｊ０を顎って示したものである。この素線導体コ０は本
発明の好ましい実施例によって中心部を貫通して走る冷
媒通路Ｊ０によって内部から冷却されている。この冷媒
通路は素線導体の全長に沿って連続しており、従ってこ
の相コイルのリード端には外部との結合部が設けられて
いる０冷媒通路ＪＯは管状部材Ｊコによって与えられ、
この管状通路ＪＪの囲りに導体材料Ｊ４１が配置されて
いる。この導体材料Ｊｌｌは―いワイヤを多重にしたも
のであり、各ワイヤーは適当に被覆されており、さらに
ねじって圧縮することによって図示した形状にされてい
る。導体材料Ｊ１の囲りには絶縁被覆Ｊ６が設けられて
いる。管状部材Ｊコはステンレス鋼て作ることができ、
導体材料Ｊ亭は銅のような任意の適当な導体で作れ、絶
縁体Ｊ４はマイカのテープやガラス樹脂材料等の周知材
料で作るごとができる。

第コム図および第３図の各素線導体の囲りの絶縁体は素
線導体間電圧よりは十分大きいが相関電位差よりは小さ
いようなターン間電圧に耐えられるだけのものでなけれ
ばならない０第−ＩＩ図は変形例を示し、この場合には
各々絶縁体Ｊ６を有する複数の素線導体Ｊ１７の囲りを
さらに別の絶縁層３りで被っである。この絶縁層Ｊりは
ターン間電圧に耐えられるマイカテープ等の適当な材料
で作られており、一方絶縁体Ｊ４はそれより低い素線導
体間電圧に耐えるだけでよいのでガラス樹脂材料の薄い
層で作ることができる。

素線導体−〇は冷媒通路Ｊ０に任意の適当な冷媒を通す
ことによって冷却できる。導体ｌコについて以上種々説
明をしたが、相コイル（第７図の１０）は本発明によっ
てこれ以外の適当な形状に製作できるといもことは理解
てきよう。

第参図は一般に弓形形状に成形された平型コイル（第１
図のｉｏ）を示している０この平置コイルの横断面は円
の一部にはなっておらず、螺旋の−Ｓになっているとい
う点に特に注意されたい。このような弓形形状にするこ
とによって、平型相コイル１０を他の同じ形状のコイル
群に螺旋状にインターリーブして組合せることによって
超伝導発電機用の円筒形ステータコイル組立体を構成す
ることができる。

相コイル１０は上述のように導体ｌコを中心部１４Ｂｉ
ｔの超りに連続的に同心状に巻いたものである。この形
状にすることによって相コイルの一端亭コを他端亭コと
直列結合した電流通路が作られる。

コイル＠＊コは導体／Ｊのすぐ近くにはあるが、一連の
導体／Ｊを中心空洞ｓ／ｌから外へ横切った時に導体ｌ
コから電位の高い所にある。

従って、このコイル端にはそれが一連のターンを横切る
ので与えられる絶縁量は大きくする。

第ｊｌｌｌは相コイルの外側表面上に暇付けられるよう
な形状になった外側絶縁スキン（被膜）！Ｉを示してい
る０このスキンの弓形寸法は−般に相コイルのものと同
じであり、その軸方向寸法は相コイルのものよりは長い
。しかし、このスキン！／の弓形寸法は本発明の範囲内
である所足量だけ相コイルよりも大きいきいうことは理
解できよう、第３図、第７図および第１図に示すように
、外側スキンには相コイルの導体の一つの端子（第４１
Ｆ！ｇのダコ）すなわち相コイルの外面から***してい
る端子の上に被せられる***Ｓ！ダが設けられている。

この***部１４１はもちろん外側スキン！ｌの長さと同
じだけ延ばしても良い。

纂６図は相コイルの内側表面上に暖付けられる内側絶縁
スキン４１を示している。この内側スキン４１にはその
端縁４Ｊに沿った電気絶縁を行うために外側スキン（第
２＠の！／）と係合する折り曲げ端縁４Ｊが設けられて
いる。この内側スキン６１の反対側端縁はそれに沿った
電気絶縁をする絶縁フィラー（充填物）４６と係合して
いる。この絶縁フィラー４４には他の絶縁部材６１と組
合されており、この絶縁部材４１は内側スキン４１の他
の構成部材と一緒に螺旋形断面を形成して、他の同じ形
状の絶縁相コイルと後で組合せた時に内部に空洞部の無
い螺旋状インターリーブステータコイル組立体が容易に
できるようになっている。以上、折り曲げ端縁１Ｊと絶
縁フィラ一部材４４．４１についてかなり詳細に説明を
したが、本発明はこれ奢このみ限定されるものでないと
いうことは理解で幹よう。さらに、折り込み端縁１３と
絶縁フィラ一部材＆＆、Ａｔの他の変形例も本発明の範
囲に入るということは理解できよう。

第参図乃至第６図に示す本発明の構成要件は咎部材がど
のように組合されて電気的絶縁と機械的支持が行われる
かを示す第７図の展開図に示されている０相コイル１０
はその１つの弓形表面が外側スキン！／と内側スキン６
１とによってはさ蒙れ、相ｉイルのリード線の一つ亭コ
は外側スキンｊ／の蜂起＠１０の下にはめ込才れる・こ
の構造体はその中心空洞部ｉｔの区域に空洞を含んでい
るということは明瞭であろう。

従って、絶縁体の空洞フィラー７デが空洞部／１中番こ
充填されて、加工中に内側ターンが空洞ｌｌｌ／１中へ
入り込むのを機械的に支持している。相コイルのリード
端亭コとその下の隣接ターンとの間にはリード支持体り
参がはめ込まれている。このリード支持体り亭はさらに
外側スキンＳ／の***ｓｊ亭とも係合して相コイルの一
す−ド端参コに対する電気絶縁と機械的支持とを行って
いる。

第７図にはさらにａつの端面フィラ一部材’１４　、７
ｆが示されており、これらは相コイルｉｏの軸方向両端
で内外のスキン４／、！／の間にはさまれている０これ
ら２つの端面フィラ一部材７４．７１は内外両スキン４
１．！ｒ／と絶縁フィラー１６と共同して超伝導発電機
のステータの平置の相コイル１０相互間の相関電圧に耐
える電気的に絶縁された包囲体を相コイルｉｏの囲りに
形成している０ 第７図にはさらにコーナフィラー（隅部充填材）７コが
示されており、このコーナーフィラー７２は導体ｌコの
隅部の外側端縁と隣接ターンの内側端縁との間にはめ込
まれている。各ターン間に小さな空隙ができないように
各隅部を成形することは一笑際上不可能だということは
当業者には理解できよる。従って、これら隅Ｓ＋こおけ
る相コイル中の間隙を無くすために小さな絶縁性コーナ
ーフィラーツーを各隅部にはめ込・むことが考え出され
た。

既に述べたように、絶縁部材６ｔには一つの相コイルを
他の相コイルに螺旋状に差し込むのを容易にし且つ最終
組立体中の空−を無くすために尖った端縁が設けられて
いる。

第７図に示す各部材は適轟な接着化合物で互いに結合さ
れて、相コイル１０の囲りに剛し）包囲体を作る０この
組立体は内部に空−が無く且つ相コイル１０に対する機
械的支持体となる。

隣接するターン間の電気絶縁体（第−Ａ図、第−Ｂ＠の
Ｊ）の量はターンとターンの短絡を防止するのに必要な
量だけでよいということは理解で館よう０この絶縁体量
は相関電位に耐えられ且つ相コイル１０の各ターンに予
め与えられたものよりかなり少ない。このように絶縁体
量を少なくすることによって相コイルの寸法を従来のも
のより大巾に小さくでき、それによってコストが下り、
発電機の運転性が向上する。

第１図は第７図の展開図に示したものと同じ部材によっ
て構成された完全な平型コイル組立体ＩＯである。この
平型−コイル組立体ｔ０には内側絶縁スキン１ノと、隆
起ｓ！参を有する外側絶縁スキンｊｌと、１つの端面フ
ィラ一部材７６、りｔと、リード線支持体り参と、コー
ナーフィラ一部材７ａと、中心空洞フイラークｔと。

λつの端縁フィラー４４．ＡＩと、相コイル１０とが含
まれる。これら各部材は適当な緒倉剤で単一の剛性組立
体疹こ結合される。内外のスキン４／、！／とフィラ一
部材４４．７４．７ｔとによって機械的支持と相関電圧
に耐えられる電気絶縁が与えられる。中心空洞フイラー
クｔは相コイル１０の内側ターンの運動を防止する機械
的支持体となる。既に述べたように、本発明の構造にす
ることによって、相コイル１０のターンは相関あるいは
相対アース間の電圧電位よりもはるかに小さいターン間
電圧を保鏝するだけでよいため、少量の絶縁体で絶縁す
ることができる。

第を図は複数の平置コイル組立体１０で構成された螺旋
巻の相コイル組立体を示している。

外と内のスキン４／、１／は隣りの平置コイル組立体１
０に結合されている。この結合は任意の適当な樹脂でで
き、得られたものは剛体の相コイル組立体を参である。

第１Ｏ図は本発明によって作ったステータコイル組立体
ｉｏｏを示しており、結合された相コイル組立体ｔダの
リード線が軸方向に突出している。第を図から明らかな
ように各相コイル間には境界があるが、この図では図を
明瞭にするために省略しである・また、外部との電気接
続及び流体接続も省略しである。第１ＯｗＪに示したｌ
一本のリード線（Ａ、　、　Ｂ、　、ムｌｓ”＊ｅム、
。

１１．ム４ｍ”４＊ム＠＊”＠＊ム＠＊”＠）は６つの
相コイルの各々の１本のリード線で構成される。第１図
では平置コイル組立体１０からのびた一本のリード線を
ム１．ＢＳ　　のように示している・各相コイルは互い
に直列に結合された一本のリード線、ムとＢを有してい
るということは理解できよう。第１０図では７２本のリ
ード線を同様に命名しである。リード纏ム１．はリード
線Ｂ、　　と電気的に直列であり、もちろん同じ相コイ
ルの一部である。同様にリード線ム、、Ｂ、　　は同じ
相コイルの一部である。すなわち、第１図に示す相コイ
ル６個を第９ＩＥｌのように組合せると／Ｊ本のリード
線が籐／　Ｏｇに示すように軸方向に出る。非磁性材料
で作られた外側円筒１０２が相コイル組立体を参の径方
向外側に配置される・さらに、相コイル組立体９４１の
径方向内側には非磁性円筒ｉｏダが配置される０これら
内外両円餉１０参、ｉｎ−によって相コイル組立体！参
の機械的支持体が作られる０両円筒は適当な結合材（樹
脂でよい）によって相コイル組立体９４４に結合される
。

本発明は正しい運転に必要な絶縁と機械的剛性を維持し
たま鵞ステータの相コイルの寸法を小さくでき、構造を
簡単にできるということは明らかである＠ また１本発明は冷媒との結合に複雑さを必要としないス
テータコイル組立体を提供する。全ての冷媒との結合部
はステータコイル組立体の軸方向一端で行われるので結
合が簡単になり、保守が容易になり、ステータ構造全体
を小型化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は相コイルの展開図、 籐１ム図は第１図の纏１−１にａった相コイルの導体の
断面図、 第Ｊｌｌｌｌｌは第コム図に示す導体断面の他の例て、
導体の囲りに別の絶縁層が設けられている導体の断−図
、 第２図は相コイル導体を構成する素線導体の断面図、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）複数の同心状のターンの形に成形された導体を有
   し、上記ターンが第７および第一の弓形表面を有する彎
   −面を形成している相コイルと、上記相コイルの上記第
   ７の弓形表面の近くに配置され且つ実質的に剛体である
   電気絶縁性の内餉スキンと、上記相コイルの上記＃Ｉコ
   の表面の近くに配置され且つ実質的に剛体である電気絶
   縁性の外側スキンと、上記内側スキンおよび上記外側ス
   キン間に配置され且つ略々剛体であり、上記相コイルの
   外縁を電気絶縁す−る絶縁装置と、上記導体の表面上に
   配置され且つ上記ターンの隣接部間の電気的連通を阻止
   する装置とを備えた回転電機０（２）上記内側と外側の
   スキンの間で上紀相コイルの中心に配置された非磁性フ
   ィラ一部材を含む特許請求の範囲第１項に記載の回転電
   賜（Ｊ）　　上紀相コイルの上記ターンが第７と第１の
   弓形表面を有する弓形形状であり、上記導体に互いに隣
   接する予め選択された２本の上記ターン間の電気的連通
   を阻止することができる電気絶縁体で被覆されており、
   さらに、上記第７の弓形表面に隣接して配置された第１
   の剛性絶縁スキンと、第一の弓形表＠Ｊこ隣接して配置
   された第１の剛性絶縁スキンと、相コイルの最外側ター
   ンを外部の導体要素との電気的連通から電気絶縁する剛
   体装置と、相コイルの最内側ターンと外部の導体要素と
   の間を電気的に連通させる鯖ｌの装置と、相コイルの上
   記最外側ターンと外部導体要素との間を電気的に連通さ
   せる第一の装置とを有し。 これら第１と第一の装置は帥記電気絶縁装置を通って相
   コイルの外側へ鷺びており、さらに、上記第１の装置の
   近傍の請ｌの絶縁スキンの除起部と、上記最内側ターン
   が上記最外側ターンから離れるのを横械的に阻止する非
   ｉａｓ体の剛体装置とを有する特許請求の範囲第１項ま
   たは第１項番こ記載の回転電機。 （４Ｉ）導体を巻いて複数の同心状ターンを形成した相
   コイルを有し、各ターンは参つの−げ部を有し、各曲げ
   部は実質的に直角を成し、上記導体は互いに隣接するタ
   ーン間の電−気的連通を阻止できる絶縁体で被覆されて
   おり、上記同心状ターンは中心空洞部の囲りに巻き付け
   られており、さらに相コイルの表面を他の導体ｇ！素と
   の電気連通から阻止する実質的に剛体である装置と、同
   心状に巻かれた導体の端子と他の同様に作られた相コイ
   ルの端子との間を電気的に連通させる装置とを有し、こ
   の装置は阻止装置を通って相コイルの外へ凰びてなる回
   転電機の相コイル組立体。 （ｊ）　　上記中心空洞内に配置された非磁性フィラ一
   部材を含む特許請求の範囲第参項紀軟の回転電機の相コ
   イル組立体。 （６）上記導体の端子間に流体−をさせる中心孔を上記
   導体が有してなる特許請求の範囲〜第参項または第１項
   に記載の相コイル組立体・（り）　内側絶縁円筒と、こ
   の内側絶縁円筒に対して同心に配置され且つその径方向
   外側に配置１れた外側絶縁円筒と、これら内側および外
   側の円筒間にそれらに結合されて配置され、実質的に円
   餉状であり、ＩＩ数の相コイルを含むステータコイル組
   立体とを備え、各上紀相コイルは、鮪ｌおよび第１の弓
   形１Ｍ！面を有する弓形形状の複数の同心状に巻かれた
   導体のターンと、上記導体を被覆して隣接する所定の１
   つのターン間の電気的連通を阻止する電気絶縁体と、上
   記第１の弓形＊Ｗの近傍に配置された第１の剛性絶縁ス
   キンと、第一の弓形表面の近傍に配置された第一の剛性
   絶縁スキンと、上紀相コイルの最外側ターンを外部の導
   電性要素に対して電気的に絶縁する剛体装置と、上紀相
   コイルの最内側ターンを外部の導電性ｌ！素に対して電
   気的に連通させる第１の遅過装置と、上記第１の遅過装
   置と共に錬記絶縁装置を通って上配相コイルから娠びて
   、上記相コイルの最外側ターンを外部導体要素に対して
   電気的に連通させる第一の遅過装置と、上記第１の遅過
   装置近傍の第１絶縁スキンの***部と、最内側ターンが
   最外側ターンから離れる方向に移動しないよるにする非
   磁性体の剛体装置とを備えた特許請求の範囲第７項乃至
   鯖Ｊ項のいずれか一項記載の回転電機。 （Ｓ）＃紀端子の所定の一つの中に流体を導入する装置
   と、鍵紀端子の所定の一つから流体を除去する装置とを
   會む特許請求の範囲第７項乃至第３項及び第１項のいず
   れか一項記載の１転電機。