JPS6036697B2 - rotating electric machine - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転電機に係り、特に固定子と回転子間の間隙
に電機子巻線を配するようになした回転電機の巻線導体
変形防止装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a rotating electric machine, and more particularly to a device for preventing deformation of a winding conductor of a rotating electric machine in which an armature winding is disposed in a gap between a stator and a rotor.

回転電機の単機容量増大化に伴い、最近固定子と回転子
間の間隙に電機子巻線を配するようになしたいわゆるギ
ャップワインデング回転電機が採用されるようになって
きた。BACKGROUND OF THE INVENTION With the increase in the capacity of rotating electric machines, so-called gap-winding rotating electric machines in which armature windings are disposed in the gap between a stator and a rotor have recently come into use.

此種の回転電機は、機内空間の有効利用のため回転電機
自体の小形化をはかることが可能で非常に有効であるが
、反面電機子巻線が主磁束回路にむき出しの構造となる
ため、該巻線は回転子からの主磁束と直接錯交し、巻線
導体に大きくうず電流が流れてそのうず電流損失が大き
くなる欠点がある。これに対処するため一般には次のよ
うにしてこれを防止するようにしている。すなわち巻線
導体をその単位断面積が小さくなるように複数個に分割
、云い換えれば細い秦線導体を数多く用いてこれら夫々
の秦線導体の表面に絶縁処理を行い、この素線導体複数
本を一つの巻線導体として扱うのである。一般にはこの
細い素線導体は直径が１腕前後の丸線が用いられている
。このように細い素緑導体よりなる巻線導体は、一般の
大容量回転電機のように導体を中空となし、該中空部に
冷却媒体を流通せしめて巻線の冷却をはかることは全く
不可能なこと）なり、現在採用されている冷却手段とし
ては、数多くの巻線導体の間に該導体と同方向に伸びた
直径が５側位の冷却管を並設せしめ、該冷却管に例えば
冷水を流通せしめて巻線導体の熱を奪うようにしている
。This type of rotating electric machine is very effective because it allows the machine itself to be made smaller in order to make effective use of the space inside the machine, but on the other hand, the armature winding is exposed to the main magnetic flux circuit, so The winding directly intersects with the main magnetic flux from the rotor, and has the disadvantage that large eddy currents flow through the winding conductors, resulting in large eddy current losses. In order to deal with this, the following steps are generally taken to prevent this. In other words, the winding conductor is divided into multiple parts so that the unit cross-sectional area becomes smaller. In other words, a large number of thin wire conductors are used and the surface of each wire conductor is insulated, and the wire conductors are divided into multiple pieces. is treated as one winding conductor. Generally, this thin strand conductor is a round wire with a diameter of about one arm. Winding conductors made of such thin green conductors are hollow like in general large-capacity rotating electric machines, and it is completely impossible to cool the windings by flowing a cooling medium through the hollow part. Therefore, the currently used cooling means is to install cooling pipes with diameters of 5 sides extending in the same direction as the conductors between a number of winding conductors, and to fill the cooling pipes with cold water, for example. is circulated to remove heat from the winding conductor.

この構成でうず電流損及び冷却関係の問題は解消され、
特に問題はないように思われるが、しかし、此度の綿密
な長期試験の結果、次のような新たな欠点を生ずること
が明らかとなったのである。すなわちこのような構成を
した巻線を有する回転電機を長期運転すると、一般に充
分とされている絶縁を施していても、長期運転後の耐圧
試験では所定値より低い耐圧となり絶縁的に、弱体とな
り、又全体的にみれば多少ではあるが、運転期間が増す
に従い振動の増大化がみられるということである。This configuration eliminates eddy current loss and cooling-related problems,
It seems that there are no particular problems, but as a result of detailed long-term testing, it has become clear that the following new drawbacks occur. In other words, if a rotating electric machine with windings configured in this manner is operated for a long period of time, even if insulation is generally considered to be sufficient, the withstand voltage will be lower than the specified value in a withstand voltage test after long-term operation, and the insulation will become weak. Also, overall, the vibration increases as the operating period increases, albeit to a lesser extent.

これを種々の観点から検討した結果、次のような原因に
よるものであることが解明された。すなわち簡単にのべ
れば、巻線導体間には冷却管が配されているわけである
が、該冷却管の周囲近傍に配されている巻線導体を形成
している素線導体は、比較的良好に冷却され、冷却管か
ら離れた位置の素線導体は前記秦線導体に比較して冷却
の程度に差があり、この温度差によって素線導体の伸び
に差ができてしまい夫々の素線導体は誉曲変形してしま
うということである。それもなにしろ細い銅の線である
ことからそれ自体腰がなく変形に耐え得る限界が４・さ
し、ので容易に変形に至ってしまうのである。この黍線
導体の変形は素線導体間に密な部分と粗な部分を形成し
、これが振動し易い原因につながり、又素線導体の誓曲
変形にともない素線くずれが生じ、ひいては巻線導体の
変形にまでおよび該導体の絶縁に悪影響を及ぼしてしま
うことである。勿論、素線導体に腰が強く、かつ熱膨脹
率の小さい材質のものを用いればこの問題はある程度緩
和されるであろうが、現状で、このような優れた材質の
ものを開発することは難しいことであり、今後も秦線導
体としては銅が採用されていくことはまちがいないであ
ろう。As a result of examining this from various viewpoints, it was found that the cause was as follows. In other words, to put it simply, cooling pipes are arranged between the winding conductors, but the wire conductors forming the winding conductors arranged near the cooling pipes are as follows: The wire conductors that are cooled relatively well and are located away from the cooling pipe have a different degree of cooling compared to the Qin wire conductor, and this temperature difference causes a difference in the elongation of the wire conductors. This means that the strand conductor undergoes a homonym deformation. Since it is a thin copper wire, it has no stiffness and the limit to which it can withstand deformation is 4 cm, so it can easily become deformed. This deformation of the wire conductor forms dense parts and rough parts between the wire conductors, which leads to easy vibration.Furthermore, due to the curved deformation of the wire conductor, the wire breaks, which eventually leads to the winding. This may lead to deformation of the conductor and adversely affect the insulation of the conductor. Of course, this problem could be alleviated to some extent by using a material that is strong and has a low coefficient of thermal expansion for the wire conductor, but it is currently difficult to develop such a superior material. Therefore, there is no doubt that copper will continue to be used as the Qin wire conductor.

本発明はこれにかんがみなされたものであり、従ってそ
の目的とするところは現状の素線導体であってもこのよ
うな欠点、すなわち素線導体の変形や素線くずれを充分
防止し得、振動がなく又絶縁に悪影響を及ぼすことのな
い此種回転電機を提供するにある。The present invention has been made with this in mind, and therefore, its purpose is to sufficiently prevent such drawbacks, ie, deformation of the strand conductor and breakage of the strands, even with the current strand conductors, and to prevent vibrations. To provide a rotating electric machine of this type which is free from corrosion and which does not adversely affect insulation.

すなわち本発明は、巻線導体の間に配されている冷却管
を含んで素線導体の外周に、該素線導体の長手方向に沿
った密封ケースを配設せしめ、かつ該密封ケース内に例
えば絶縁油などの絶縁液体を満たすようになし、所期の
目的を達成するようにしたものである。That is, in the present invention, a sealed case is disposed along the longitudinal direction of the wire conductor around the outer periphery of the wire conductor including the cooling pipe arranged between the wire conductors, and a sealed case is provided in the sealed case. For example, it is filled with an insulating liquid such as insulating oil to achieve the intended purpose.

以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する
。The present invention will be explained in detail below based on the illustrated embodiments.

第１図及び第２図には本発明の回転電機の要部が断面で
示されている。回転子１はその一部しか図示されてない
が、主として回転軸、界磁鉄心２、それに該鉄心内に収
納巻回された界磁巻線３より構成されている。FIGS. 1 and 2 show the main parts of the rotating electric machine of the present invention in cross section. Although only a portion of the rotor 1 is shown, it is mainly composed of a rotating shaft, a field core 2, and a field winding 3 housed and wound within the core.

回転子１の外周には所定の間隙ｇを介して固定子４が配
されている。固定子４は電機子巻線５、電機子鉄心６を
備え外周側で固定枠７により保持されている。電機子鉄
心６は薄い鋼板が積層されて形成され、軸方向端部には
エンドプレート８が当てがわれボルト９によって全体が
縦付けられている。電機子巻線５は前記電機子鉄心６の
内周面に絶縁筒１０及びスべ−サー２０を介して配され
、又その内周側にも絶縁筒１１を有している。A stator 4 is arranged around the outer periphery of the rotor 1 with a predetermined gap g in between. The stator 4 includes an armature winding 5 and an armature core 6, and is held by a fixed frame 7 on the outer peripheral side. The armature core 6 is formed by laminating thin steel plates, an end plate 8 is applied to the end in the axial direction, and the whole is vertically attached with bolts 9. The armature winding 5 is disposed on the inner circumferential surface of the armature core 6 via an insulating tube 10 and a spacer 20, and also has an insulating tube 11 on the inner circumferential side thereof.

このように電機子巻線５は内側と外側の絶縁筒の間に介
在され、電機子鉄心６の内周面に支持されている。図中
１２として示されているピンはその支持の一部でトルク
伝達を行うためのもの、すなわち巻線の周方向移動を防
止するものである。この電機子巻線５はこのように配さ
れ、そして更に詳しくは次のように構成されている。In this way, the armature winding 5 is interposed between the inner and outer insulating cylinders and is supported on the inner circumferential surface of the armature core 6. The pin shown as 12 in the figure is a part of the support for transmitting torque, that is, for preventing the winding from moving in the circumferential direction. This armature winding 5 is arranged in this manner, and more specifically is constructed as follows.

すなわち第３図に巻線単品の一部を破断して示すように
多数の巻線導体１３が並設されて形成され、かつその間
に冷却用の冷却管１４が介在されている。冷却管１４内
には冷却水が充満流通し巻線の熱を奪うわけである。巻
線導体１３が積重ねられ巻回されて電機子巻線５を形成
しているわけであるが、この巻線導体１３は更に多数の
素線導体１５によって形成されている。すなわち前述し
たうず電流損防止のための導体分割がこの構成である。
素線導体１５は表面がヱナメル絶縁処理された１肋前後
の丸線で、これらが密に積重ねられ、所定の形状に成形
されて巻線導体１３を形成しているのである。図中１６
として複数個の巻線導体１３を囲むように設けられてい
るのは、密封ケースである。That is, as shown in FIG. 3, which is a partially cutaway view of a single winding, a large number of winding conductors 13 are arranged side by side, and cooling pipes 14 are interposed between them. The cooling pipe 14 is filled with cooling water, which absorbs heat from the windings. The winding conductor 13 is stacked and wound to form the armature winding 5, and this winding conductor 13 is further formed by a large number of strand conductors 15. That is, this configuration is the conductor division for preventing the eddy current loss mentioned above.
The strand conductor 15 is a round wire approximately one length long whose surface is treated with enamel insulation, and these wires are stacked closely and formed into a predetermined shape to form the winding conductor 13. 16 in the diagram
A sealed case is provided to surround the plurality of winding conductors 13.

該密封ケースは液的に漏洩のない材質、例えばガラス繊
維強化プラスチックにて形成され、ほゞ巻線と同様な形
に成形される。このよう密封ケース１６の内部には巻線
導体１３、冷却管１４が収納されているわけであるが、
この他にこの内部には絶縁液体、例えばトランス油が満
たされる。勿論この絶縁液体は素線導体１５の間隙にま
で充分満たされなければならない。従って巻線導体１３
の表面に施された絶縁１７は絶縁液体が相浸透しないも
のであってはならない。密封ケース１６は図では角形の
完全な中空管のように示されているが、予め成形された
中空管に巻線導体１３を多数組込むことはまず難しいこ
とであり、次のようにしてこの密封ケースを形成すると
よい。The sealed case is made of a material that does not leak, such as glass fiber reinforced plastic, and is molded in substantially the same shape as the winding. As described above, the winding conductor 13 and the cooling pipe 14 are housed inside the sealed case 16.
In addition, the interior is filled with an insulating liquid, for example transformer oil. Of course, this insulating liquid must sufficiently fill the gaps between the wire conductors 15. Therefore, the winding conductor 13
The insulation 17 provided on the surface must not be impermeable to the insulating liquid. Although the sealed case 16 is shown as a completely rectangular hollow tube in the figure, it is difficult to incorporate a large number of wire-wound conductors 13 into a pre-formed hollow tube, so it can be done as follows. It is preferable to form this sealed case.

すなわち巻線導体１３を並設し、これを芯として一般の
巻線に絶縁テープを巻くようにセミキュア状樹脂テープ
をずらし巻しながら硬化成形するのである。あるいは予
め成形された樋状のものを２つ向い合わせその接目を接
着剤にて接着一体化してもよいであろう。いずれにせよ
この密封ケースは液的に漏れのないように形成すること
は重要なことである。さてこのように構成された巻線は
次のような作用をする。That is, the winding conductors 13 are arranged in parallel, and the semi-cured resin tape is wound around the winding conductors 13 in a staggered manner, similar to winding insulating tape around a general winding wire, while curing and molding is performed. Alternatively, two pre-formed gutter-like structures may be placed facing each other and their joints may be bonded together with an adhesive. In any case, it is important to form this sealed case so that there is no liquid leakage. Now, the winding constructed in this way operates as follows.

すなわち素緑導体１３に生じた熱は従釆同様冷却管１４
内を流通する冷却水によって奪われるわけであるが、こ
の場合各素線導体の熱は、隣接秦線導体を伝導して冷却
管１４部に到達するものと、密封ケース１６内の絶縁液
体を介して到達するものとの両者となり、特に絶縁液体
を介しての熱伝導は極めて良好で、素綾導体と冷却管１
４との離間距離がまちまちであっても従来の此種巻線に
比し温度差は小さくなり、従ってこれによる素線導体１
５の伸び及び変形は小となって前述したような素線導体
のくずれや振動又絶縁への悪影響を減少せしめることが
できるのである。尚以上の説明では密封ケースの形状及
びその配置に対して一つの例をあげて説明してきたが、
このような密封ケースとしては他にも種々変形が考えら
れよう。第４図にはもう一つの実施例をあげた。In other words, the heat generated in the green conductor 13 is transferred to the cooling pipe 14 as well as the secondary
In this case, the heat of each wire conductor is absorbed by the cooling water flowing through the conductor, which is conducted through the adjacent wire conductor and reaches the cooling pipe 14, and by the insulating liquid inside the sealed case 16. In particular, heat conduction through the insulating liquid is extremely good, and between the plain conductor and the cooling pipe 1.
Even if the separation distance from 4 to 4 is different, the temperature difference is smaller compared to conventional windings of this type.
The elongation and deformation of the conductor 5 is small, and the above-mentioned deformation of the wire conductor, vibration, and adverse effects on the insulation can be reduced. Although the above explanation has given one example of the shape of the sealed case and its arrangement,
Various other modifications may be considered for such a sealed case. Another example is shown in FIG.

該図の場合には１個の巻線溝に収納された巻線、すなわ
ち上巻線と下巻線の全体を被うように密封ケース１６を
設けた場合であり、この場合には巻線端部の液漏れ防止
の工夫は必要があるが、これであっても前記同様の効果
が得られるであろう。次に第５図に示した試験結果より
、従来の巻線と本発明の巻線とをその効果を比較してみ
る。In the case shown in the figure, the sealed case 16 is provided to cover the entire winding housed in one winding groove, that is, the upper winding and the lower winding. Although it is necessary to take measures to prevent liquid leakage, the same effect as described above can be obtained even with this method. Next, based on the test results shown in FIG. 5, the effects of the conventional winding wire and the winding wire of the present invention will be compared.

該図は冷却管からの離間距離と導体の伸び率の関係を表
わしたもので、供試巻線としては巻線の断面大きさが１
９×２７柳、素線の径が１柳、冷却管径が４肌、冷却管
内の冷却媒体が純水で絶縁液体としてはトランス油を採
用した場合のものである。該図の点線よりなる曲線×は
従来一般に採用されていたもの、すなわち冷却管の周囲
に単に素線を配したもので、該図より明らかなように冷
却管より最も離れた位置のものが最高の伸びを示し、伸
びの小さい個所との差が非常に大きくこの状態では１側
の素線導体では積層くずれを起すことは明らかにわかる
であろう。これに対して本発明の巻線、すなわち実線の
曲線Ｙは冷却管近傍では従来のものと大差なく、又伸び
の最高位置は従来とほ）、同位層に生ずるが、その伸び
差の割合は前者に比し約６０％と近くなっている。This figure shows the relationship between the separation distance from the cooling pipe and the elongation rate of the conductor.
9 x 27 willow, the wire diameter is 1 willow, the cooling pipe diameter is 4 skins, the cooling medium in the cooling pipe is pure water, and the insulating liquid is transformer oil. The dotted curve × in this figure is the one that has been generally used in the past, that is, simply arranging bare wires around the cooling pipe, and as is clear from the figure, the one located farthest from the cooling pipe has the highest It can be clearly seen that the difference between the elongation and the small elongation area is very large, and in this state, lamination failure will occur in the stranded conductor on the first side. On the other hand, the winding of the present invention, that is, the solid curve Y, is not much different from the conventional one near the cooling pipe, and the highest elongation occurs in the same layer (as in the conventional case), but the ratio of the difference in elongation is This is close to 60% compared to the former.

この差は細い素線が積み重ねられ、又振動物体に固定さ
れさらには強力な電磁力によって移動力を受ける素線導
体にとっては非常に有利な条件になるのである。以上種
々述べてきたように、本発明によれば、冷却管を含む巻
線導体の外周に密封ケースを配設せしめ、該密封ケース
内に絶縁液体を満たすようにしたから、前述した理由に
よりたとえ素線導体が細く変形し易いものであっても、
その変形の度合は大きく低減し、局部的な大きな変形を
生ずることなく従って振動の低減がはかれ、かつ絶縁に
悪影響を及ぼすことはなくなるのである。This difference is a very advantageous condition for a strand conductor in which thin strands are piled up, fixed to a vibrating object, and further subjected to a moving force by a strong electromagnetic force. As described above, according to the present invention, a sealed case is disposed around the outer periphery of the winding conductor including the cooling pipe, and the sealed case is filled with insulating liquid. Even if the wire conductor is thin and easily deformed,
The degree of deformation is greatly reduced, vibrations are reduced without large local deformations, and the insulation is not adversely affected.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本発明の装置を具備した回転電機の菱部を示す
縦断側面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線に沿う断面図、
第３図は巻線導体単品を示す一部破断斜視図、第４図は
本発明の他の実施例を示す巻線導体断面図、第５図は素
線導体の伸率を示す曲線図である。 １・・・・・・回転子、４・・・・・・固定子、５・・
・・・・電機子巻線、６・・…・電機子鉄心、１３・・
・・・・巻線導体、１４・・・・・・冷却管、１５・・
・・・・素線導体、１６・・・・・・密封ケース。 髪′図 第２図 第３図 第４図 茅づ図FIG. 1 is a longitudinal sectional side view showing a diamond part of a rotating electric machine equipped with the device of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line A-A in FIG. 1,
FIG. 3 is a partially cutaway perspective view showing a single wire-wound conductor, FIG. 4 is a cross-sectional view of a wire-wound conductor showing another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a curve diagram showing the elongation of a wire conductor. be. 1...Rotor, 4...Stator, 5...
... Armature winding, 6... Armature core, 13...
... Winding conductor, 14 ... Cooling pipe, 15 ...
...Element wire conductor, 16... Sealed case. Hair Figure 2 Figure 3 Figure 4 Chizu Figure

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １ 回転軸上に界磁鉄心及び界磁巻線を有する回転子と
、該回転子の外周に所定の間隙をもつて配され、かつ固
定枠に支持された電機子鉄心と、該電機子鉄心の内側間
隙に配され、かつ該鉄心の内周面に支持された多数の素
線導体をもつ巻線導体よりなる電機子巻線と、該電機子
巻線の巻線導体間に配され、内部に冷却媒体を流通せる
冷却管とを備えたものにおいて、前記巻線導体の表面絶
縁を液体が浸透するように形成するとともに前記冷却管
の少くとも一つを含む巻線導体の外周に、該巻線導体の
長手方向に沿つた密封ケースを配設せしめ、かつ該密封
ケース内に絶縁液体を充満させるようにしたことを特徴
とする回転電機。 ２ 前記冷却管内の冷却媒体として水を用い、かつ前記
密封ケース内の絶縁液体として油を用いたことを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の回転電機。[Scope of Claims] 1. A rotor having a field core and field windings on a rotating shaft, and an armature core disposed on the outer periphery of the rotor with a predetermined gap and supported by a fixed frame. and an armature winding consisting of a winding conductor having a large number of wire conductors disposed in the inner gap of the armature core and supported on the inner peripheral surface of the iron core, and a winding of the armature winding. A cooling pipe disposed between the conductors and through which a cooling medium flows, the winding comprising at least one of the cooling pipes, the surface insulation of the wire-wound conductor being formed so that a liquid can penetrate therethrough; A rotating electric machine characterized in that a sealed case is disposed around the outer periphery of a wire conductor along the longitudinal direction of the wire conductor, and the sealed case is filled with an insulating liquid. 2. The rotating electric machine according to claim 1, wherein water is used as a cooling medium in the cooling pipe, and oil is used as an insulating liquid in the sealed case.