JP2020068356A - 静止誘導機器巻線 - Google Patents

Abstract

【課題】セクション間の絶縁強度を向上させることができる静止誘導機器巻線を提供する。【解決手段】静止誘導機器巻線１は、巻線導体６を円板状に巻き回した円板巻線２と、絶縁材料で形成され、円板巻線２の間であって互いに電位差が生じるセクション間に設けられているセクション間シート３と、絶縁材料で形成され、円板巻線２の内周側において当該円板巻線２の内周面とセクション間シート３の表面とによって囲まれるスペースを埋めるように配置されている絶縁詰物４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、静止誘導機器巻線に関する。

従来、鉄心の外周に円板状に巻き回した円板巻線を設けた静止誘導機器巻線が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−５２９３８号公報

このような静止誘導機器巻線は、運転時にセクション間つまりは各層の円板巻線間に電位差が生じることから、セクション間の絶縁強度を向上させる必要がある。
そこで、セクション間の絶縁強度を向上させることができる静止誘導機器巻線を提供する。

実施形態の静止誘導機器巻線は、巻線導体を円板状に巻き回した円板巻線と、絶縁材料で形成され、円板巻線の互いに電位差が生じるセクション間に設けられているセクション間シートと、絶縁材料で形成され、円板巻線の内周側において、当該円板巻線の内周面とセクション間シートの表面とによって囲まれるスペースを埋めるように配置されている絶縁詰物と、を備える。

実施形態の静止誘導機器巻線の構成を模式的に示す図 円板巻線の構成および巻回態様を模式的に示す図 円板巻線の鉄心への取り付け態様を模式的に示す図 絶縁シートの構成を模式的に示す図 調整シートの構成を模式的に示す図 セクション間シートの取り付け態様を模式的に示す図 セクション間に流れる可能性のある電流の経路を模式的に示す図その１ セクション間に流れる可能性のある電流の経路を模式的に示す図その２ セクション間に流れる可能性のある電流の経路を模式的に示す図その３ 静止誘導機器巻線の他の構成を模式的に示す図

以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態の静止誘導機器巻線１は、円板巻線２、セクション間シート３、および絶縁詰物４等を備えている。

円板巻線２は、鉄心５の外周に巻線導体６を巻回して形成されている。この巻線導体６は、例えばリッツ線を束ねた導体６ａや平角状の導体６ａの表面を絶縁テープ５ｂで覆ったものであり、周方向に隣接するように複数回巻き回されることで、１巻き分で見た際に円板状に形成されている。本実施形態の場合、円板状巻線は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の三層が、鉄心５の中心軸（ＣＬ）の軸方向に順次積層する位置関係となっている。

この円板巻線２は、図２に鉄心５の中心軸（ＣＬ）に対して周方向に展開した状態の電気的な接続図として示すように、各層の巻線導体６の巻き始め端（Ｕ、Ｖ、Ｗ）が周方向に１２０度ずつずれた三等分した位置に設定されているとともに、各層の巻き終わり端（Ｏｕ、Ｏｖ、Ｏｗ）が、それぞれの巻き始め端（Ｕ、Ｖ、Ｗ）と同じ位置に設定されている。なお、図２では、各巻線導体６をそれぞれ異なるハッチングにより区別し易く示している。

このような態様で巻回することにより、各相の巻線導体６は、他の二相の巻線導体６と並列になっている部位の長さがそれぞれ等しくなり、磁気的な結合が均一化されてインダクタンスが等しくなる。その結果、零相電流が極小化されるとともに、零相成分以外の電流に対するインダクタンスが極小化される。これにより、零相電流を抑制する効果を向上させることが可能になるとともに、零相電流以外の成分の電流の妨げになるおそれを低減することが可能になる。

また、円板巻線２は、図３に示すように、鉄心５の脚部の外周に配置される。なお、実際には、各巻線導体６を巻回した後に、その中心に鉄心５が挿入されることになる。このとき、円板巻線２は、いずれかの巻線導体６の巻き始め端が、脚部の中心を通る仮想線（Ｌ）上であって脚部の外側に位置するように配置されている。図３の場合、Ｕ相の巻線導体６の巻き始め端（Ｕ）が、仮想線上に位置するように配置されている。換言すると、円板巻線２は、鉄心５の内周に巻き始め端や巻き終わり端が位置しないように配置されている。このような配置にすることにより、引き出し線の接続作業等が容易になる。

さて、各層の円板巻線２は、通電時に互いに電位差が生じることになる。例えば、図１に示すように、Ｕ相の円板巻線２で構成されるＵ相セクション２ｕは、Ｖ相の円板巻線２で構成されて隣り合っているＶ相セクション２ｖとの間に電位差が生じることになる。また、Ｖ相セクション２ｖは、Ｕ相セクション２ｕ、および、Ｗ相の円板巻線２で構成されて隣り合っているＷ相セクション２ｗとの間に電位差が生じることになる。

そのため、これらのセクション間には、セクション間シート３が設けられている。セクション間シート３は、図１に示すように、鉄心５の外周を囲う絶縁筒７の表面に設けられているフランジ状のダクトスペーサ８に取り付けられた状態でセクション間に配置されている。なお、ダクトスペーサ８は、軸方向に伸びて形成されており、絶縁筒７の表面に複数箇所、例えば周方向に均等な１６箇所に設けられている。

このセクション間シート３は、絶縁材料で形成された絶縁シート９と、絶縁材料で形成され、絶縁シート９に重なるように配置される調整シート１０とで構成されている。より具体的には、本実施形態のセクション間シート３は、２枚の絶縁シート９と、その絶縁シート９間に挟まれている１枚または複数枚の調整シート１０とを有している。

絶縁シート９は、絶縁材料を圧縮したいわゆるプレスボートで形成されており、比較的硬度が高いものとなっている。この絶縁シート９は、鉄心５の中心軸（ＣＬ）に対する径方向においては、内縁が円板巻線２よりも内側に位置するとともに外縁が円板巻線２よりも外側に位置する幅（Ｗ１）を有している。また、絶縁シート９は、図４に示すように、周方向への所定の長さ（Ｗ２）を有するとともに、軸方向への所定の厚み（Ｗ３）を有している。つまり、絶縁シート９は、径方向の幅（Ｗ１）が円板巻線２の径方向の幅（Ｗｓ）よりも大きく形成された薄い直方体状に形成されている。

また、絶縁シート９は、その内縁側に、一部が内縁側に開口した取り付け孔９ａが形成されている。この取り付け孔９ａは、開口部分の両端に爪部９ｂが形成されており、この爪部９ｂがフランジ状のダクトスペーサ８と係合することにより、絶縁シート９がダクトスペーサ８に取り付けられる。このとき、取り付け孔９ａから絶縁シート９の外縁までの幅（Ｗ４）は、円板巻線２の径方向の幅（Ｗs）よりも大きく形成されている。

調整シート１０は、絶縁材料で所定の厚み（Ｗ１０）に形成されている。また、調整シート１０は、本実施形態では、図５に示すように周方向における１巻き分の長さを有するとともに、周方向の１箇所で不連続となっており、内径（Ｗ１１）、外径（Ｗ１２）、幅（Ｗ１３）の円環状に形成されている。この調整シート１０の厚み（Ｗ１０）は、仕様に応じて的下設定することができるものの、本実施形態では例えば絶縁シート９の厚み（Ｗ３）の１／３未満程度の薄さに設定している。また、調整シート１０の不連続部分は、図２に示したように軸方向に傾斜して配設される巻線導体６つまりは円板巻線２に合わせて、厚み方向に互いにずれた状態となっている。

また、調整シート１０は、その内径（Ｗ１１）が、図１に示すように鉄心５の中心軸（ＣＬ）からダクトスペーサ８の外面までの長さ以上に形成されている。本実施形態の場合、調整シート１０の内径（Ｗ１１）は、ほぼダクトスペーサ８の外面までの長さであって、円板巻線２の内径（Ｗｎ）よりも短く設定されている。そのため、調整シート１０は、その内縁が円板巻線２の内縁よりも径方向内側に位置している。換言すると、円板巻線２の内周面は、ダクトスペーサ８の外面よりも外側に位置することになる。

また、調整シート１０の外径（Ｗ１２）は、本実施形態では鉄心５の中心軸（ＣＬ）から絶縁シート９の外縁までの長さ以上に形成されている。このため、調整シート１０は、その外縁が絶縁シート９の外縁よりも径方向外側に位置している。

さて、このような構成のセクション間シート３をダクトスペーサ８に取り付けると、図６にも示すように、セクション間シート３の大きさと円板巻線２の大きさとの違いから、円板巻線２の内周側には、円板巻線２の内周面とセクション間シート３の表面とで囲まれたスペースが形成される。

そして、そのスペースには、絶縁材料で形成され、円板巻線２の内周側において、当該円板巻線２の内周面とセクション間シート３の表面とによって囲まれるスペースを埋める絶縁詰物４が配置されている。このとき、絶縁詰物４は、内周側がダクトスペーサ８に接触し、外周側が円板巻線２の内周面に接触する状態で設けられている。

次に、上記した構成の作用および効果について説明する。
上記したように、静止誘導機器巻線１は、運転時にセクション間に電位差が生じることから、セクション間には、図７に矢印Ｘ１で示す円板巻線２の内周側を伝わる電流、矢印Ｘ２で示すセクション間シート３を貫通する電流、破線の矢印Ｘ３で示す円板巻線２の内周側を伝わる電流、および、図８に矢印Ｘ４で示すセクション間シート３の側面を伝わる電流が流れる可能性がある。なお、図７〜図９では、各セクションは簡易的に図示している。

そのため、セクション間の絶縁強度を向上させるためにはこれらの電流が流れにくくなるようにすればよく、その場合には、各部位における絶縁距離を大きくすることが考えられる。なお、ここでいう絶縁距離とは、いわゆる鉛面距離に相当する。

そこで、本実施形態の静止誘導機器巻線１は、巻線導体６を円板状に巻き回した円板巻線２と、絶縁材料で形成され、互いに電位差が生じるセクション間に設けられているセクション間シート３と、絶縁材料で形成され、円板巻線２の内周側において当該円板巻線２の内周面とセクション間シート３の表面とによって囲まれるスペースを埋めるように配置されている絶縁詰物４と、を備えている。

これにより、矢印Ｘ１の経路は、絶縁材料で形成された絶縁詰物４によって電流が流れにくくなる。したがって、円板巻線２の内周側における絶縁強度を向上させることができる。この場合、円板巻線２がダクトスペーサ８から離間していることから、巻線導体６をダクトスペーサ８に押し付けながら巻回する必要が無く、円板巻線２の内周側に物理的な損傷が生じるおそれも低減することができる。

このとき、セクション間シート３は、絶縁材料で形成された絶縁シート９と、絶縁材料で形成され、絶縁シート９に重なるように配置される調整シート１０とを有している。これにより、矢印Ｘ２の経路は、絶縁シート９に加えて調整シート１０が配置されていることから、セクション間の距離が拡大して電流が流れにくくなる。したがって、セクション間シート３の貫通方向における絶縁強度を向上させることができる。

また、絶縁シート９は、径方向において内縁が円板巻線２よりも内側に位置するとともに、外縁が円板巻線２よりも外側に位置している。これにより、矢印Ｘ１の経路は、絶縁詰物４だけでなく絶縁シート９によっても電流が流れにくくなることから、円板巻線２の内周側における絶縁強度をさらに向上させることができる。さらに、円板巻線２の外周側においては、矢印Ｘ３にて示す絶縁シート９が存在しない場合の経路に比べて、絶縁距離が長くなることから、円板巻線２の外周側における絶縁強度をも向上させることができる。

また、調整シート１０は、周方向における１巻き分の長さを有している。これにより、矢印Ｘ４の経路は、絶縁シート９の外側まで広がっている調整シート１０によって電流が流れにくくなる。したがって、絶縁シート９の側面側における絶縁強度を向上させることができる。

また、調整シート１０は、径方向における外縁が、円板巻線２および絶縁シート９の外縁よりも外側に位置する大きさに形成されている。これにより、円板巻線２の外周側における絶縁距離は、図７に矢印Ｘ３１にて示すように、矢印Ｘ３にて示す絶縁シート９が存在しない場合の経路に比べて、さらには、絶縁シート９だけを設けた場合の経路に比べて、絶縁距離が長くなることから、円板巻線２の外周側における絶縁強度をさらに向上させることができる。
また、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で以下のように変形したり組み合わせたりすることができる。

実施形態では、調整シート１０の外縁が円板巻線２および絶縁シート９の外縁よりも径方向外側に位置する例を示したが、調整シート１０の外縁は、仕様上の性能を確保できれば、円板巻線２あるは絶縁シート９の外縁と同じ位置とすることができる。これにより、実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、静止誘導機器巻線１が不必要に大型化することを抑制できる。

また、調整シート１０の外縁は、仕様上の性能を確保できれば、円板巻線２あるは絶縁シート９の外縁よりも内側に位置するようにすることができる。これにより、実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、静止誘導機器巻線１が不必要に大型化することを抑制できる。この場合、調整シート１０の外縁が例えば絶縁シート９の外縁よりも内側であった場合、２枚の絶縁シート９の外周部には調整シート１０が引っ込んだ分だけの隙間ができることになるが、そのような構成であっても、図９に示すように円板巻線２の外周側における絶縁距離つまりは絶縁物の表面に沿った鉛面距離が長くなることから、円板巻線２の外周側における絶縁強度を向上させることができる。

また、調整シート１０の内縁は、仕様上の性能を確保できれば、円板巻線２あるは絶縁シート９の内縁よりも径方向外側に位置するようにすることもできる。この場合、円板巻線２の内周側は絶縁詰物４によって絶縁強度を確保できると考えられるため、調整シート１０に必要な部材を削減することができる。また、調整シート１０の内縁を絶縁シート９の内縁よりも径方向外側に位置するようにした場合には、図９に示すように、絶縁物の表面に沿った鉛面距離が長くなることから、円板巻線２の内周側における絶縁強度が低下することもない。

また、調整シート１０の内縁は、円板巻線２または絶縁シート９の内縁よりも内側に位置するようにすることもできる。調整シート１０の内縁が円板巻線２の内縁よりも内側に位置する場合、円板巻線２の内周側における絶縁強度を向上させることができる。このとき、調整シート１０の内径（Ｗ１１）を絶縁筒７よりも若干大きくしてまず成形し、内縁側にダクトスペーサ８を避けるための凹部を形成すること等により、調整シート１０の内縁を絶縁シート９の内縁よりも内側に位置するようにすることができる。このような構成によっても、円板巻線２の内周側における絶縁強度を向上させることができる。

また、実施形態では巻線導体６が１層に配置された円板巻線２を例示したが、図１０に示すように、各セクションで巻線導体６が２層に配置された円板巻線２を採用することもできる。この場合、同相の円板巻線２間に、絶縁シート９よりも若干厚みを薄く形成した同相間絶縁シート１１を配置することができる。なお、同相の円板巻線２間に絶縁シート９を配置することもできるし、同相の円板巻線２を３層以上配置することもできる。このように複数の円板巻線２でセクションが構成する場合、セクション間の電位差がさらに大きくなることが想定されるため、セクション間を全方位から絶縁強度を向上させることができる実施形態のセクション間シート３の採用が特に有効となる。

実施形態では、２枚の絶縁シート９の間に１枚または複数枚の調整シート１０を配置することでセクション間シート３を構成する例を示したが、セクション間シート３は、１枚の絶縁シート９と１枚の調整シート１０とを重ねて配置することで構成することもできるし、１枚の絶縁シート９と複数枚の調整シート１０とを重ねて配置することで構成することもできるし、３枚以上の絶縁シート９と１枚または複数枚の調整シート１０とを重ねて配置することで構成することもできる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１は静止誘導機器巻線、２は円板巻線、２ｕはＵ相セクション、２ｖはＶ相セクション、２ｗはＷ相セクション、３はセクション間シート、４は絶縁詰物、５は鉄心、６は巻線導体、９は絶縁シート、１０は調整シートを示す。

Claims (6)

1. 巻線導体を円板状に巻き回した円板巻線と、
   絶縁材料で形成され、前記円板巻線の間であって互いに電位差が生じるセクション間に設けられているセクション間シートと、
   絶縁材料で形成され、前記円板巻線の内周側において、当該円板巻線の内周面と前記セクション間シートの表面とによって囲まれるスペースを埋めるように配置されている絶縁詰物と、
   を備えることを特徴とする静止誘導機器巻線。
2. 前記セクション間シートは、絶縁材料で形成された絶縁シートと、絶縁材料で形成され、前記絶縁シートに重なるように配置される調整シートとを有しており、
   前記絶縁シートは、径方向において内縁が前記円板巻線よりも内側に位置するとともに外縁が前記円板巻線よりも外側に位置し、周方向において所定の長さを有する板状に形成されており、
   前記調整シートは、周方向における１巻き分の長さを有するとともに周方向の１箇所で不連続な円環状に形成され、前記セクション間の絶縁距離を調整することを特徴とする請求項１記載の静止誘導機器巻線。
3. 前記調整シートは、径方向における外縁が前記円板巻線または前記絶縁シートの外縁よりも外側に位置する大きさに形成されていることを特徴とする請求項２記載の静止誘導機器巻線。
4. 前記調整シートは、径方向における外縁が前記円板巻線または前記絶縁シートの外縁よりも内側に位置する大きさに形成されていることを特徴とする請求項２記載の静止誘導機器巻線。
5. 前記調整シートは、径方向における内縁が前記円板巻線または前記絶縁シートの内縁よりも外側に位置する大きさに形成されていることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項記載の静止誘導機器巻線。
6. 前記調整シートは、径方向における内縁が前記円板巻線または前記絶縁シートの内縁よりも内側に位置する大きさに形成されていることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項記載の静止誘導機器巻線。

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