JP7710514B2 - 位相リング支持構造および回転電機 - Google Patents

Description

本願は、位相リング支持構造および回転電機に関するものである。

位相リング支持構造として、相帯の異なる固定子コイル端同士あるいは固定子コイル端と回転電機端子間を接続する導体と導体周囲の対地絶縁層を有する位相リングを位相リング支えに縛りひもで固定した構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。長年の運転により縛りひもが緩んでも位相リングを強固に固定するために、位相リングと位相リング支えの間に皿ばねを設置し縛りひもで締め付けている。

特開２００２－１０５５９号公報

しかしながら、特許文献１の皿ばねは金属製であり、位相リングと位相リング支えとの間で放電が発生し、経年的な劣化または過電圧により、位相リング及び位相リング支えの絶縁が破壊する恐れがある。

また、特許文献１には皿ばねを絶縁板で挟む構造も開示されているが、皿ばねが金属製であるため、位相リングと位相リング支えとの間で放電が発生した場合、放電が絶縁板を迂回して位相リング及び位相リング支えに及び、絶縁を破壊する恐れがある。

加えて、高電圧化による複雑な構造を有する回転電機の電機子巻線固定子端部の絶縁設計の高難度化、または、大電流化に起因した電磁加振力増大による回転電機の電機子巻線固定子端部で結線するための位相リングの振動設計の高難度化が避けられない状況にある。

すなわち、位相リングの振動設計における位相リング支持構造は、支持剛性確保の観点から金属支持構造体を採用し、位相リングと金属支持構造体に対地絶縁を施したものがある。しかし、位相リングと金属支持構造体の温度上昇、金属支持構造体の非効率な組立作業性、ならびに金属支持構造体の固定部における低い支持剛性が課題となる。

特に、位相リングと金属支持構造体の温度上昇は、高電圧化に伴って対地絶縁として施される絶縁厚みが厚くなり、熱抵抗が増大し放熱性が悪化することによって引き起こされる。

加えて、金属支持構造体を位相リングの内径側に配置したものについては、金属支持構造体と固定子フレームで形成される電気的な閉回路の中を位相リングが物理的に貫通し、閉回路内での誘導電流の発生を回避できない構造である。この結果、金属支持構造体では大きな電気的損失を生じ、温度上昇の観点で更に不利となり得る。この誘導電流を抑制するためには、閉回路を遮断する必要があるため、例えば、金属支持構造体と固定子フレーム間に絶縁板を挟み込み、かつ締結機能を実現する金属ボルト周りには絶縁管、絶縁座金、絶縁物クリープ対策の皿ばねといった構成部品を必要とするため、組立時の部品点数が多くなり、組立作業性を悪化させるという課題がある。

また、金属支持構造体を位相リング内径側に配置したものは、電機子巻線固定子端部の構成部品である固定子コイル、シリース接続板、位相リング等の密集した構造物の間に配置せざるを得ないため、金属支持構造体を脱着する際の作業スペース確保が難しく、加えて、限られたスペースのため、寸法面の制約を受け、金属支持構造体端部の形状が複雑となり、予め定められた支持剛性の確保も難しいといった課題がある。

本願は、上述のような課題を解決するためになされたもので、冷却性能が改善され、作業時間の短縮および部品点数の少ない回転電機の位相リング支持構造を提供するものである。

本願に開示される位相リング支持構造は、
回転電機の電機子巻線を固定子端部で結線するための位相リングを支持するものであって、位相リングの外径側に配置され、金属材料からなる支持構造体と、支持構造体と位相リングとの間に配置され、対地間の絶縁距離を確保するように形成された絶縁物と、位相リング、支持構造体、及び絶縁物を一体として固定する固定部材と、を備え、支持構造体は、位相リングの軸方向を長手方向とする柱体形状を有し、長手方向の両端が固定子フレームに固定されたことを特徴とする。

本願に開示される位相リング支持構造によれば、
位相リングと支持構造体との間に絶縁物を挿入することにより、必要絶縁距離の確保が可能となる。これにより、位相リング及び支持構造体を対地絶縁に必要な絶縁厚み以下とすることができ、冷却性能が改善されるとともに、作業時間の短縮および部品点数を削減することができる。

実施の形態１に係る位相リング支持構造の斜視図である。 図１の径方向の断面図である。 図１の軸方向の断面図である。 実施の形態２に係る位相リング支持構造の斜視図である。 図４の径方向の断面図である。 図４の軸方向の断面図である。

以下、本願に係る位相リング支持構造の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、同一内容および相当部については同一符号を配し、その詳しい説明は省略する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る位相リング支持構造の斜視図であり、図２は図１の位相リング１の径（Ｙ）方向の断面図、図３は図１の位相リング１の軸（Ｚ）方向の断面図である。

図１および図２において、位相リング支持構造は、回転電機の固定子巻線端部に配設され、位相リング１、金属支持構造体２、および絶縁物３から構成される。位相リング１は、回転電機の電機子巻線を固定子端部で結線するためのものである。金属材料からなる金属支持構造体２は、位相リング１の外径側に配置されている。位相リング１は、金属支持構造体２との間に絶縁物３を挿入して、縛りひも１０などの固定部材により固定されている。絶縁物３は、対地間の絶縁距離を確保できる寸法を有する。

図３において、位相リング１の外径側に配置した金属支持構造体２の両端を、固定子フレーム５に金属ボルト４で締め付けて固定している。なお、固定方法は、金属ボルト４の締結に限るものではなく、溶接としてもよい。

このような構造により、放電が発生しない距離を絶縁物３で確保できるため、位相リング１と金属支持構造体２の絶縁厚みを対地絶縁以下とすることが可能となり、位相リング１と金属支持構造体２に巻回される絶縁テーピングの巻回数を削減することができ、絶縁厚みを低減することで位相リング１及び金属支持構造体２の冷却性能が改善される。さらに、テーピング巻回数の減少により、作業時間短縮を可能としている。

また、位相リング１と金属支持構造体２との間に絶縁物３を挿入することで対地間の必要絶縁距離を確保する構造は、従来の対地絶縁施工と比較して絶縁の長期的な信頼性を向上させる。

また、金属支持構造体２を位相リング１に対し外径側に配置することで、金属支持構造体１と固定子フレーム５とで形成される電気的な閉回路の外側に位相リング１を通過させることができる。これにより、誘導電流によって生じる金属支持構造体２内の電気的損失を最小化でき、閉回路の遮断も不要となる。これに伴って、複数の構成部品による電気的絶縁性を有する構造を組み込む必要もなくなり、電気的絶縁性を有しない金属ボルト等の単純な締結が可能となり、組立作業時間の短縮を実現できる。

また、金属支持構造体２を位相リング１の外径側に配置することで、電機子巻線固定子端部における組立作業スペース、及び金属支持構造体２の端部の構造のためのスペースの確保を可能とする。これにより、金属支持構造体２の脱着時の組立作業性の向上、ならびに金属支持構造体２の端部構造の並進と回転の完全拘束を可能とし、単純両端固定支持はりに相当するたわみ剛性の発揮が可能となる。

実態の形態２．
図４は実施の形態２に係る位相リング支持構造を示す斜視図、図５は図４の径（Ｙ）方向の断面図、図６は図４の軸（Ｚ）方向の断面図である。なお、複数個の積層構造にて構成された絶縁物６以外は実施の形態１と同様の構成のため、説明を省略する。

絶縁物６は、実施の形態１で説明した絶縁物３と同様に、位相リング１と金属支持構造体２の間に挿入された状態で、縛りひも１０により固定されている。絶縁物６は複数個の積層構造にて、対地間の絶縁距離を確保できる大きさで構成されている。

このような構成により、実施の形態１で説明した効果を奏することに加え、巻線時の位相リング１と金属支持構造体２との隙間調整を容易とし組立性作業性を向上することができる。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１：位相リング、２：金属支持構造体、３、６：絶縁物、４：金属ボルト、５：固定子フレーム、１０：縛りひも。

Claims (4)

1. 回転電機の電機子巻線を固定子端部で結線するための位相リングの支持構造において、
   前記位相リングの外径側に配置され、金属材料からなる支持構造体と、
   前記支持構造体と前記位相リングとの間に配置され、対地間の絶縁距離を確保するように形成された絶縁物と、
   前記位相リング、前記支持構造体、及び前記絶縁物を一体として固定する固定部材と、
   を備え、
   前記支持構造体は、前記位相リングの軸方向を長手方向とする柱体形状を有し、長手方向の両端が固定子フレームに固定されたことを特徴とする位相リング支持構造。
2. 前記支持構造体を、電気絶縁性を有しない締結構造により前記固定子フレームに固定していることを特徴とする請求項１に記載の位相リング支持構造。
3. 前記絶縁物は複数個の積層構造であることを特徴とする請求項１または２に記載の位相リング支持構造。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の位相リング支持構造を備えた回転電機。