JP6475732B2 - 電気機械用の巻線 - Google Patents

Description

本開示は、電気機械用の巻線に関する。電気機械は、ガスタービンもしくは蒸気タービンに接続される同期発電機（ターボ発電機）または水力タービンに接続される同期発電機（水力発電機）または非同期発電機または同期電動機もしくは非同期電動機またはやはり他のタイプの電気機械などの回転電気機械である。

電気機械には、固定子および回転子があり、固定子には、巻線（典型的には、３相巻線）を画定するために相互に接続された撚架棒を収容する軸方向スロットがある。

図１２を参照すると、各スロット８は、一方が他方の上にある２つの撚架棒３０を収容する。各撚架棒３０には、撚線１５の４つのスタックがあり、撚線１５の４つのスタックは、２つの横並びの基本撚架棒３１を画定する。基本撚架棒３１には、巻線を画定するために一緒に接続される端子ラグ３２（通常、固い銅ブロック）がある。図１２の左側、参照符号Ｂに見られるように、ラグ３２を有する棒３０は、異なる位置のところで終わる、特に、左側の上部の２つの棒３０を参照。同じことが、左側の下部のところの、左の棒３０が長く、ラグ３２を有する棒３０にも当てはまる。図１２の左側の上部のところの左の棒３０は、隣接する右の棒３０よりも短く、これは交差接続とも呼ばれている。棒３０のエンドピースのこのミスアライメントは、現況技術における棒３０の撚線１５の撚架に由来する。この構成は、材料内の応力および棒３０を溶接するための溶接プロセスにおける応力の点で重要である。図１２の右側、参照符号Ａのところでは、棒３０は、長さを調節され、かつ棒３０の端部のところで対応するラグ３２が一緒に接続されるときに、棒３０の撚線１５が撚架されていないことを示している。

米国特許第７８９８１２７号という文書は、半径方向に整列したラグが相互に接続された実施形態を開示している（この接続は、図１２の参照符号Ａによって特定した接続に類似している）。

この実施形態には、基本撚架棒の位置が入れ替わらないという理由で、動作中に大きな損失を生じさせるという問題がある。

米国特許第７８９８１２７号という文書の別の一実施形態では、図１２の参照符号Ａによって特定した接続に類似の半径方向に整列したラグに加えて、ラグ３２間の交差接続がやはり設けられている（これらの接続は、図１２の参照符号Ｂによって特定した接続に類似している）。交差接続は、撚架棒の右の基本撚架棒のラグ３２をもう１つの撚架棒の左の基本撚架棒と接続し、このように基本撚架棒の位置の入れ替えを実現している。

この実施形態は、低損失を可能にするが、交差接続は、組み立てることが難しく時間がかかる。

米国特許第５３２３０７９号

開示の態様は、低損失を可能にするが、同時に組み立てることが容易で早い２つの横並びの基本撚架棒を画定する撚線の４つのスタックを有する撚架棒を備える巻線を提供することを含む。

これらの態様およびさらなる態様は、別記の特許請求の範囲にしたがった巻線を形成することによって得られる。

さらなる特性および利点は、添付した図面に非限定的な例として図示した巻線の好ましいが非排他的な実施形態の説明からより明らかになるであろう。

棒を収容するためのスロットを有する電気機械の模式的な側面図および前面図である。 棒を収容するためのスロットを有する電気機械の模式的な側面図および前面図である。 スロットおよび相互にスロット内に収容された２つの撚架棒の断面図である。 第１の実施形態の巻線の模式図である。 図４の巻線の交差棒の模式的上面図である。 図４の巻線の交差棒の模式的上面図である。 図４の巻線の交差棒の模式的上面図である。 第２の実施形態の巻線の模式図である。 図８の巻線の交差棒の模式的上面図である。 図８の巻線の交差棒の模式的上面図である。 図８の巻線の交差棒の模式的上面図である。 左側、Ｂ、の前景に撚線の撚架に起因するずれた棒を有し、そして右側、Ａ、の背景に長さを調節した棒を有する先行技術による電気機械内の撚架棒間の接続の模式的鳥瞰図である。

図を参照すると、発電機または電動機などの電気機械１が示されている。

電気機械１には、固定子３およびシャフト５によって支持された回転子４を収容するケーシング２がある。

固定子３は、ボア７を画定する積層された固定子コア６を備え、ボア内に回転子４を回転可能に収容する。固定子コア６には、ボア７内に開口し、巻線を収容するスロット８がある。スロット８は、くさびによって閉じられている。

巻線は、一緒に接続された撚架棒９によって画定される。

各スロット８は、一方が他方の上にある２つの撚架棒９を収容する。

撚架棒９には、スロット８中へと収容される直線部１０、および直線部１０の端部から延びかつスロット８中には収容されない湾曲した端部巻線１１があるが、シャフト５を覆い一緒に接続される。

撚架棒９には、撚線１５の少なくとも４つのスタックがあり、撚線１５は、典型的には相互にわずかに絶縁され、主絶縁体１５ａによって覆われている。撚線１５のスタックの組は、基本撚架棒１６を画定する。図３は、挿入した２つの導電体棒または撚架棒９を有するスロット８を示し、１つの撚架棒９が底部にあり、１つの撚架棒９が上部にある。スロット８は、底部のところで閉じられ、この図では上部においてくさびで終わる。一般に、電気機械の固定子のスロット８は、１つの撚架棒９または２つの撚架棒９を備える。スロット８の後者の構成が、図３に示されている。これは、１つの導電体棒または撚架棒９がスロット８に配置され、かつ撚架棒９によって構成された２つの基本撚架棒１６が本発明にしたがって配置されるときに、１つの交差撚架棒２０が形成されることを意味する。代替形態では、２つの導電体棒または撚架棒９がスロット８内に配置されるときには、互いの上方に、各撚架棒９によって構成された１組または２つの基本撚架棒１６である４つの基本撚架棒１６が形成される。このケースでは、４つの基本撚架棒１６が発明にしたがって配置されるときに、２つの交差撚架棒２０が作られ、これらの交差撚架棒は、図３の透視図にしたがって互いに上方に配置され、図３は、２つの撚架棒９に対応し、この撚架棒から交差撚架棒２０が製作される。撚架棒９は、図４および図８に見られるように、直線部および屈曲部から構成される固定子３の巻線の一部である。図１に見られるように、直線部１０は、スロット８に収容され、屈曲部は、これにより端部巻線１１と呼ばれ、スロット８には収容されないが、固定子筐体、固定子フレーム、またはケーシング２内に自由に配置される。図４および図８は、固定子３の４つのスロット８中へと設置されるように構成され、直線部１０に４対の交差撚架棒２０を有する巻線を示す。

撚架棒９は、冷媒が動作中に流れる冷却パイプ１８のスタックをやはり含む。冷却パイプ１８の各スタックは、撚線１５の２つのスタックの間に配置される。

有利なことに、各冷却パイプ１８が撚線１５の間に設けられるという理由で、冷却パイプ１８は冷却を最適化する。

基本撚架棒１６を画定する撚架棒９に加えて、巻線は、少なくとも１つの交差撚架棒２０をやはり含む。

交差撚架棒２０は、基本撚架棒１６の辺が入れ替えられる棒である。また、交差撚架棒２０には、直線部１０および端部巻線１１がある。例えば、図５を参照すると、交差撚架棒２０は、基本撚架棒１６ａおよび基本撚架棒１６ｂを含む。図５に示したように、基本撚架棒１６ａに関して：
−交差撚架棒２０の一方の端部（図５の上端）のところでは、基本撚架棒１６ａは、交差撚架棒２０の右側にあり、そして
−交差撚架棒２０の他方の端部（図５の下端）のところでは、基本撚架棒１６ａは、交差撚架棒２０の左側にあり、
同様に、基本撚架棒１６ｂに関して：
−交差撚架棒２０の一方の端部（図５の上端）のところでは、基本撚架棒１６ｂは、交差撚架棒２０の左側にあり、そして
−交差撚架棒２０の他方の端部（図５の下端）のところでは、基本撚架棒１６ｂは、交差撚架棒２０の右側にある。

この構成は、損失の低減を可能にする。加えて、（図１２の接続Ａと同様に）半径方向に整列したラグ２１間の接続だけを使用することにより、交差接続を用いないで、巻線を製造することができ、これが、巻線の容易で早い組み立てを可能にする。半径方向の整列は、したがって、ラグ２１で終わる撚架棒９の端部が基本的に同じ位置で終わることを意味する。

各基本撚架棒１６には、その端部にラグ２１があり、一緒に接続されている基本撚架棒１６のラグ２１を、半径方向に（環状固定子コア６に関して半径方向に、図２）整列させる。

典型的には、スロット８の上端位置のところに収容されている各撚架棒９を、別のスロット８の下端位置のところに収容されている２つの棒９（各端部に１つ）と接続する。

交差撚架棒２０には、５４０度以上の撚架があり、加えて撚架は、１８０度の倍数である。このようにして、基本撚架棒１６の巻き数とは無関係に、基本撚架棒１６は、交差撚架棒２０内でその位置を入れ替える。好ましくは、やはり撚架棒９には、１８０度の倍数である５４０度以上の撚架がある。

図５に示した第１の例では、撚架棒９および交差撚架棒２０の直線部１０だけが、撚架されている。このケースでは、直線部１０には、１８０度の倍数である５４０度以上の撚架があり、図５は、撚架棒９および交差撚架棒２０の直線部１０のところで５４０度の撚架そして端部巻線１１のところでは０度の撚架の例を示している。図６〜図８は、交差撚架棒２０の様々な例を示している。

例えば図９に示した第２の例では、撚架棒９および交差撚架棒２０の直線部１０および端部巻線１１の両方が、撚架されている。このケースでは、直線部１０および端部巻線１１の両者には、ともに５４０度以上で１８０度の倍数である撚架があり、図９は、直線部１０のところで３６０度の撚架、そして端部巻線１１の各々のところで９０度の撚架の例を示している。図１０〜図１２は、交差撚架棒２０の様々な例を示している。

巻線の動作は、説明および図から明らかであり、実質的に下記のとおりである。

組み立て中には、基本撚架棒１６の端部においてすべてのラグ２１を、半径方向に整列させる。

これらの接続を、このように、ラグ２１（しかし導体を除いてもよい）とラグ２１を遮断するためのクランプとの間に導体を設けることによって容易に実現することができ、次いで、ラグ２１および（設けられたときには）導体を一緒にろう付けすることができる。ラグ２１を半径方向に整列させているために（図２）、これは容易であり早い。交差接続（すなわち、図１２の接続Ｂに類似の、撚架棒の一方の側のところの基本撚架棒１６をもう１つの撚架棒の他方の側のところの基本撚架棒１６に接続するラグ２１）は必要ない。このように、交差接続を用いてラグ２１をろう付けすることに付随する問題点（整列していないラグ２１を固定する際の困難さ、など）を回避している。説明した発明による交差撚架を有する撚線１５の撚架方式を有する特定の巻線によって、交差接続を不要にしている。

動作中には、巻線は、基本撚架棒１６の入れ替えのおかげで電気的にバランスが取れ、損失は、したがって減少する。

加えて、撚線１５の組の間の複数の冷却流路または冷却パイプ１８のおかげで、冷却が最適化されている。

実際問題として、使用する材料および寸法を、必要条件および現況技術にしたがって意のままに選択することができる。

１ 電気機械
２ ケーシング
３ 固定子
４ 回転子
５ シャフト
６ 固定子コア
７ ボア
８ スロット
９ 撚架棒
１０ 直線部
１１ 端部巻線
１５ 撚線
１５ａ 主絶縁体
１６、１６ａ、１６ｂ 基本撚架棒
１８ 冷却パイプ
２０ 交差撚架棒
２１ ラグ
３０ 撚架棒
３１ 基本撚架棒
３２ ラグ
Ａ 接続
Ｂ 交差接続

Claims (6)

1. 電気機械用の巻線であって、
   撚線（１５）の少なくとも４つのスタックを有する複数の撚架棒（９）であって、撚線（１５）の前記少なくとも４つのスタックの組が複数の基本撚架棒（１６）を画定し、各基本撚架棒（１６）が、直線部（１０）と複数の端部巻線（１１）を有する、前記複数の撚架棒（９）と、
   各撚架棒（９）内の冷却パイプ（１８）の少なくとも２つのスタックであって、基本撚架棒（１６）に配置された冷却パイプ（１８）の各スタックが、撚線（１５）のスタックの組を形成する撚線（１５）の２つのスタックの間に配置される、冷却パイプ（１８）の少なくとも２つのスタックと、
   各々が、各基本撚架棒（１６）の端部で終端する独立した複数の中実のラグ（２１）であって、２つの基本撚架棒（１６）の２つのラグ（２１）が、互いに半径方向に整列され、接続される、前記複数のラグ（２１）と、
   １つの基本撚架棒（１６）の前記直線部（１０）と前記複数の端部巻線（１１）の両方において、撚線（１５）のスタックの前記組が、他の基本撚架棒（１６）の前記直線部（１０）と前記複数の端部巻線（１１）の両方において、前記他の基本撚架棒（１６）の撚線（１５）のスタックの前記組と入れ替えられる少なくとも１つの交差撚架棒（２０）と、
   を備え、
   前記少なくとも１つの交差撚架棒（２０）において、
   第１の基本撚架棒（１６）の撚線（１５）の第１のスタックが、第２の基本撚架棒（１６）の撚線（１５）の第２のスタックと入れ替えられ、
   前記第２のスタックが、前記第１のスタックに最も近いスタックであり、前記第１の基本撚架棒（１６）の第３のスタックと平行であり、
   第１の基本撚架棒（１６）の前記第３のスタックが、前記第２の基本撚架棒（１６）の第４のスタックと入れ替えられ、
   前記第４のスタックが、前記第３のスタックから最も遠いスタックであり、
   その後、前記第１の基本撚架棒（１６）の前記第１のスタックが、前記第２の基本撚架棒（１６）の前記第４のスタックと入れ替えられ、
   前記第２の基本撚架棒（１６）の前記第２のスタックが、前記第１の基本撚架棒（１６）の前記第３のスタックと入れ替えられ、
   前記少なくとも１つの交差撚架棒（２０）が、１８０度の倍数である５４０度以上の撚架を有する、巻線。
2. １つの交差撚架棒（２０）が、２本の冷却パイプ（１８）を有する、請求項１記載の巻線。
3. 前記少なくとも１つの交差撚架棒（２０）の第１の端部において、前記第１の基本撚架棒（１６）は、前記少なくとも１つの交差撚架棒（２０）の右側にあり、
   前記少なくとも１つの交差撚架棒（２０）の第２の端部において、前記第１の基本撚架棒（１６）は、前記少なくとも１つの交差撚架棒（２０）の左側にある、請求項１または２に記載の巻線。
4. 前記複数のラグ（２１）同士を遮断するクランプを有する、請求項１乃至３のいずれかに記載の巻線。
5. 前記少なくとも１つの交差撚架棒（２０）が、直線部（１０）および前記直線部（１０）の端部に湾曲した端部巻線（１１）を有し、前記直線部（１０）だけが、撚架されていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の巻線。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の前記巻線を備え、中央ボア（７）および前記中央ボア（７）に開口する軸方向スロット（８）を有する積層された固定子コア（６）と、前記スロット（８）に収容された巻線とを備える、電気機械の固定子（３）。