特許 5909404 回転電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5909404

(24)【登録日】2016年4月1日

(45)【発行日】2016年4月26日

(54)【発明の名称】回転電機

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/50 20060101AFI20160412BHJP

【ＦＩ】

   H02K3/50 Z

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-102197(P2012-102197)

(22)【出願日】2012年4月27日

(65)【公開番号】特開2013-232994(P2013-232994A)

(43)【公開日】2013年11月14日

【審査請求日】2015年1月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】伊賀 良彦

(72)【発明者】

【氏名】山本 幸弘

(72)【発明者】

【氏名】高橋 和彦

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 啓司

(72)【発明者】

【氏名】浅川 英章

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 正寛

【審査官】 槻木澤 昌司

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−０２３５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２２６９０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０２７６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０６−００５３５６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平０５−０６４３８６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０６−３３５１８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０３９４２０５７（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ３／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固定子鉄心の軸方向端部から張出した固定子コイルエンド部巻線と、前記コイルエンド部巻線を環状に保持する支持リングを備え、前記コイルエンド部巻線と前記支持リングの間が結束材によって締結固定され、前記コイルエンド部巻線、或いは前記支持リングと前記結束材の間には中間板材が配置されており、前記中間板材の上から結束材が巻かれている回転電機において、
前記コイルエンド部巻線の周方向の側面に前記中間板材が配置され、前記中間板材を介して前記結束材によって前記コイルエンド部巻線と前記支持リングが締結、固定されていると共に、
前記中間板材は前記支持リングに対向する側とは反対側に凹んだ凹部を有し、この凹部に前記コイルエンド部巻線が収容されていることを特徴とする回転電機。

【請求項2】

請求項１に記載の回転電機において、
前記凹部と前記コイルエンド部巻線の間にはスペーサが介装されていることを特徴とする回転電機。

【請求項3】

固定子鉄心の軸方向端部から張出した固定子コイルエンド部巻線と、前記コイルエンド部巻線を環状に保持する支持リングを備え、前記コイルエンド部巻線と前記支持リングの間が結束材によって締結固定され、前記コイルエンド部巻線、或いは前記支持リングと前記結束材の間には中間板材が配置されており、前記中間板材の上から結束材が巻かれている回転電機において、
前記支持リングの軸方向の側面に前記中間板材が配置され、前記中間板材を介して前記結束材よって前記コイルエンド部巻線と前記支持リングが締結、固定されていることを特徴とする回転電機。

【請求項4】

固定子鉄心の軸方向端部から張出した固定子コイルエンド部巻線と、前記コイルエンド部巻線を環状に保持する支持リングを備え、前記コイルエンド部巻線と前記支持リングの間が結束材によって締結固定され、前記コイルエンド部巻線、或いは前記支持リングと前記結束材の間には中間板材が配置されており、前記中間板材の上から結束材が巻かれている回転電機において、
前記支持リングの軸方向の側面に前記中間板材と同様の機能を有する拡大部を一体的に形成し、前記拡大部を介して前記結束材よって前記コイルエンド部巻線と前記支持リングが締結、固定されていることを特徴とする回転電機。

【請求項5】

請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の回転電機において、
前記結束材は前記支持リングの外周面で襷掛けに交差して結束されていることを特徴とする回転電機。

【請求項6】

固定子鉄心の軸方向端部から張出した固定子コイルエンド部巻線と、前記コイルエンド部巻線を環状に保持する支持リングを備え、前記コイルエンド部巻線と前記支持リングの間が結束材によって締結固定され、前記コイルエンド部巻線、或いは前記支持リングと前記結束材の間には中間板材が配置されており、前記中間板材の上から結束材が巻かれている回転電機において、
前記結束材は前記支持リングの外周面で襷掛けに交差して結束されていることを特徴とする回転電機。

【請求項7】

請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の回転電機において、
前記中間板材はガラスエポキシ積層板で作られていることを特徴とする回転電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は発電機や電動機のような回転電機に関り、特に固定子コイルエンド部巻線と支持リングの固定部の締結剛性を向上した回転電機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般的にタービン発電機のような回転電機を運転する場合、回転電機の固定子コイルエンド部巻線は運転時に作用する電磁加振力によって振動する。このコイルエンド部巻線が振動するとコイルエンド部巻線に応力が繰り返し作用してコイルエンド部巻線に疲労が生じ好ましいものではない。

【0003】

この電磁振動によるコイルエンド部巻線の振動を抑えるために、コイルエンド部巻線は固定子鉄心の両端に配置された支持リングに繊維強化樹脂のような材料で作られた紐状の結束材によって縛り付けられ、固定されている。

【0004】

例えば、特開２００２−２７６９６号公報（特許文献1）の図１４にはこのような固定構造が提案されている。即ち、コイルエンド部巻線の周りに強化繊維と樹脂からなる円環状の支持リングを配置し、コイルエンド部巻線を支持リングで支持する構造となっている。このコイルエンド部巻線と支持リングは、特許文献1の図１８及び図１９に示されるように、コイルエンド部巻線と支持リングの間にスペーサを挟んだ状態で、上記の結束材によって両者が縛り付けられて締結、固定されている。

【0005】

特許文献1では、更にコイルエンド部巻線が支持リングの周方向にずれることを防止するために、支持リングの表面にコイルエンド部巻線の幅とコイルエンド部巻線同士の間隔に合わせて繊維強化樹脂による突起部を設ける構造が提案されている。つまり、結束材であるプリプレグ材を支持リングの表面に貼り付ける、または支持リングに螺旋状に巻きつけることで突起部を形成し、この突起部をコイルエンド部巻線と接触させることでコイルエンド部巻線の支持リングへの固定力を強化してコイルエンド部巻線の締結剛性を向上している。

【0006】

また、固定子のコイルエンド部巻線の剛性をより強固にする構造として、例えば米国特許第３４３７８５９号明細書（特許文献２）の図９には、隣り合うコイルエンド部巻線同士の間にスペーサを挟み、コイルエンド部巻線同士を結束材で締結する構造が開示されている。特許文献２ではさらに、巻線同士をつなぐ結束材（Wrapping8）の上に別の結束材（Frapping9）を巻きつけることで結束材（Wrapping8）に張力を加え、巻線同士間の締結の剛性を増す方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００２−２７６９６号公報

【特許文献2】米国特許第３４３７８５９号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

タービン発電機のような大型の回転電機の製造工程では、結束材の縛り付けによる締結は全て手作業で行われるため、多大な時間とコストがかかるということが製造上の課題であった。特に大型の回転電機ではコイルエンド部巻線と支持リングの締結箇所が５００箇所を超えるものがあり、固定子のコイルエンド部巻線の支持剛性を保ちながら、その締結箇所の
総数を減らすことが要請されている。

【0009】

特許文献1に開示されている構成によれば、支持リングの表面に設けた突起部によりコイルエンド部巻線の周方向へのずれを防ぐことができる。しかしながら、この突起部を設けるためには、支持リングに結束材を巻きつける必要があり、従来よりも結束材を巻く作業工数が増えていた。

【0010】

また、実際のコイルエンド部巻線同士の間隔にはいくらかのばらつきがあるため、支持リングとコイルエンド部巻線を結束材で締結する際に、支持リングの表面に予め設けておいた突起部の間隔が、コイルエンド部巻線の間隔と一致せず、突起部とコイルエンド部巻線が接触しない箇所が現れる可能性がある。

【0011】

すなわちこの構成では、コイルエンド部巻線と支持リングの間の固定力が必ずしも強化されるとは限らず、したがって固定力の強化を見越して結束材による締結箇所の総数を減らすという設計は困難である。

【0012】

また、特許文献２に開示されている構成では、コイルエンド部巻線同士をつなぐ結束材に張力をかけるため、さらに別の結束材を巻く必要があり、結束材を巻く作業工数が２倍に増えて、更に作業時間とコストの増加を招くという課題が生じる。
本発明の目的は、コイルエンド部巻線と支持リングの締結剛性を向上して、結束材の縛り付けの作業工数を低減できるコイルエンド部巻線と支持リングの固定構造を備えた回転電機を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明の特徴は、固定子鉄心の軸方向端部から張出した固定子コイルエンド部巻線と、コイルエンド部巻線を環状に保持する支持リングを備え、コイルエンド部巻線と支持リングの間が結束材によって締結固定され、コイルエンド部巻線、或いは支持リングと結束材の間には中間板材が配置されており、中間板材の上から結束材が巻かれていると共に、コイルエンド部巻線の周方向の側面に中間板材が配置され、中間板材を介して結束材によってコイルエンド部巻線と支持リングが締結、固定され、中間板材は支持リングに対向する側とは反対側に凹んだ凹部を有し、この凹部にコイルエンド部巻線が収容されている、ところにある。
本発明の他の特徴は、固定子鉄心の軸方向端部から張出した固定子コイルエンド部巻線と、コイルエンド部巻線を環状に保持する支持リングを備え、コイルエンド部巻線と支持リングの間が結束材によって締結固定され、コイルエンド部巻線、或いは支持リングと結束材の間には中間板材が配置されており、中間板材の上から結束材が巻かれていると共に、支持リングの軸方向の側面に中間板材が配置され、中間板材を介して結束材よってコイルエンド部巻線と支持リングが締結、固定されている、ところにある。
本発明の更に他の特徴は、固定子鉄心の軸方向端部から張出した固定子コイルエンド部巻線と、コイルエンド部巻線を環状に保持する支持リングを備え、コイルエンド部巻線と支持リングの間が結束材によって締結固定され、コイルエンド部巻線、或いは支持リングと結束材の間には中間板材が配置されており、中間板材の上から結束材が巻かれていると共に、支持リングの軸方向の側面に中間板材と同様の機能を有する拡大部を一体的に形成し、拡大部を介して結束材よってコイルエンド部巻線と支持リングが締結、固定されている、ところにある。
本発明の更に他の特徴は、固定子鉄心の軸方向端部から張出した固定子コイルエンド部巻線と、コイルエンド部巻線を環状に保持する支持リングを備え、コイルエンド部巻線と支持リングの間が結束材によって締結固定され、コイルエンド部巻線、或いは支持リングと結束材の間には中間板材が配置されており、中間板材の上から結束材が巻かれていると共に、結束材は支持リングの外周面で襷掛けに交差して結束されている、ところにある。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、コイルエンド部巻線、或いは支持リングを締結するために用いられる結束材の間隔が中間板材によって広くなるため、締結部の締結剛性を増加させることができる。この剛性の増加分は、回転電機の設計段階で予め計算することができるため、コイルエンド部巻線の締結剛性を所定値に保ちながら、結束材による締結箇所の総数を減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施例（第１の実施形態）に係る回転電機のコイルエンド部巻線と支持リングの締結部を示す部分構成図である。

【図2】図１に示す支持リングの回転変形の状態を表わす説明図である。

【図3】図１に示す第１の実施形態の変形例を示す回転電機のコイルエンド部巻線と支持リングの締結部を示す部分構成図である。

【図4】図１に示す第１の実施形態の変形例を示す回転電機のコイルエンド部巻線と支持リングの締結部を示す部分構成図である。

【図5】本発明の他の実施例（第２の実施形態）に係る回転電機のコイルエンド部巻線と支持リングの締結部を示す部分斜視図である。

【図6】図５に示す第２の実施形態の変形例を示す回転電機のコイルエンド部巻線と支持リングの締結部を示す部分斜視図である。

【図7】従来の回転電機のコイルエンド部巻線と支持リングの締結部の解析モデルを示す説明図である。

【図8】本発明になる回転電機のコイルエンド部巻線と支持リングの締結部の解析モデルを示す説明図である。

【図9】本発明の効果を検証する際に評価した振動モード（ねじり）の変形形状を表す模式図である。

【図10】本発明の効果を検証する際に評価した振動モード（回転）の変形形状を表す模式図である。

【図11】本発明の効果を検証するために行った振動解析の計算結果を示すグラフである。

【図12】本発明の効果を検証するために行った振動解析の計算結果を示すグラフである。

【図13】本発明の他の実施例（第３の実施形態）に係る回転電機の隣り合うコイルエンド部巻線の締結部を示す部分構成図である。

【図14】図１３に示す第３の実施形態の変形例を示す回転電機の隣り合うコイルエンド部巻線の締結部を示す部分構成図である。

【図15】図１３に示す第３の実施形態の変形例を示す回転電機の隣り合うコイルエンド部巻線の締結部を示す部分構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明するが、同一の参照番号は同一の構成要素、或いは類似の機能を備えた構成要素を示している。

【実施例1】

【0017】

本発明の第１の実施形態であるコイルエンド部巻線と支持リングの締結構造について、図1を参照しながら説明する。尚、固定子のコイルエンド部巻線と支持リングの具体的な構成等は特許文献１の図２に示されている通りであり、固定子コアの端部にエンドプレートを介してリング支えが固定されており、さらにこのリング支えによって支持リング（ここでは３本）が順次間隔を空けて固定支持され、この各支持リングに多数のコイルエンド部巻線が順番に結束材によって縛り付けられて締結されている。

【0018】

図１はこの支持リングと一本のコイルエンド部巻線の締結部を拡大して模式的に示しており、コイルエンド部巻線５０と支持リング１０の締結部を表す図である。図１に示すように、固定子巻線は導体２と絶縁層１から構成されており、固定子コイルエンド部巻線５０と支持リング１０の間にはスペーサ４が配置され、更にコイルエンド部巻線５０の側面には中間板材２０が配置された状態で、コイルエンド部巻線５０と支持リング１０が結束材３によって縛り付けられ、締結、固定されている。ここで中間板材２０はある程度の固さを備えた材料で作られている。

【0019】

スペーサ４はガラス繊維またはアラミド繊維などに未硬化の熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂など）を含浸させたプリプレグフェルトであり、コイルエンド部巻線５０と支持リング１０を縛り付けて組み立てる際には、スペーサ４をコイルエンド部巻線５０と支持リング１０の間に圧縮して挿入し、その後、加熱して硬化させることで、スペーサ４とコイルエンド部巻線５０の間およびスペーサ４と支持リング１０の間が接着、固定される。エポキシ樹脂は接着力が強く、かつ耐熱性に優れているので、この種の材料には好適である。

【0020】

結束材３は紐状のガラス繊維に熱硬化性樹脂を含浸したプリプレグ材料であり、上述したスペーサ４と同じく加熱によって硬化し、結束材３と中間板材２０の間、結束材３とコイルエンド部巻線５０の間、および結束材３と支持リング１０の間が接着、固定される。

【0021】

中間板材２０はコイルエンド部巻線５０と支持リング１０の間の締結剛性を上げるために設けられたものであり、中間板材２０とコイルエンド部巻線５０の間は接着されている。中間板材２０の材料としては電気絶縁性、耐熱性、機械強度に優れたガラスエポキシ積層板が好適である。

【0022】

図１において、従来提案されていた支持リング１０とコイルエンド部巻線５０の結束材３による縛り付け締結は中間板材２０が備えられていない構造であったのに対し、本実施例では中間板材２０を介して支持リング１０とコイルエンド部巻線５０を結束材３で縛り付けして締結固定するようにした点で異なっている。本実施例においてはこの中間板材２０の追加によって締結剛性が著しく向上するようになったもので、次に、本実施例の作用、効果について説明する。

【0023】

回転電機のコイルエンド部巻線５０は運転時に作用する電磁加振力によって振動する。この振動によって生じる変形に関して、特にコイルエンド部巻線５０と支持リング１０の間の相対的な回転変形に着目して、その変形の様子を図示すると図２のようになる。ここではコイルエンド部巻線５０から見た支持リング１０の時計回りの回転変形の状態を図示している。支持リング１０が図２のごとく時計回りに回転変形すると、図２の左側の結束材３ａには引張ひずみ＋εが生じ、右側の結束材３ｂには圧縮ひずみ−εが生じる。尚、結束材３ａ及び結束材３ｂは一本の紐であるが、左右に作用する荷重を説明するため、便宜的に結束材３ａ及び結束材３ｂと表記している。

【0024】

このとき結束材３に発生する反力Ｆは結束材３の断面積Ａ、弾性定数E、ひずみεの3つの積で決まり、以下の（１）式で表すことができる。
Ｆ＝Ａ×Ｅ×ε…（１）
更に、図２に示す支持リング１０の回転中心２１から図面上で左右の結束材３a、３ｂまでの距離をＤとすると、図２の変形に対する結束材３の回転反力Ｍは２本の結束材３a、３ｂの回転反力をその回転方向を考慮して足し合わせて以下の（２）式で表すことができる。
Ｍ＝２Ｆ×Ｄ＝２Ａ×Ｅ×ε×Ｄ…（２）
ここで、結束材３に発生するひずみは回転中心２１から結束材３a、３ｂまでの距離Ｄが遠いほど大きくなる。このひずみは距離Ｄに比例するため、ひずみと距離の関係は定数αを用いて以下の（３）式で表すことができる。
ε＝α×Ｄ…（３）
ここまでの式をまとめると、最終的に結束材３の回転反力Ｍは以下の（４）式となり、回転反力Ｍは回転中心２１から結束材３までの距離Ｄの２乗に比例して増加することがわかる。
Ｍ＝２Ａ×Ｅ×α×Ｄ^２…（４）
回転反力Ｍが増加するということは、回転変形に対する抵抗力が大きいということであり、すなわち、この締結部の剛性が大きいことを意味している。つまり回転中心２１から結束材３a、３ｂまでの距離Ｄを大きくすることで、締結部の締結剛性を効果的に増加させることができる。そこで本実施例では、この距離Ｄを大きくするために中間板材２０を使用している。

【0025】

本実施例では、上述したように結束材３とコイルエンド部巻線５０の間に中間板材２０を挟んでいるため、中間板材２０がない従来の構造と比較して回転中心２１から結束材３a、３ｂまでの距離をＤが大きくなり、締結部の締結剛性を従来よりも増加させることができる。

【0026】

更に、この剛性の増加分は中間板材２０の厚みによって決まるため、回転電機の設計段階で締結部の剛性の増加分を予め計算することができる。このため、固定子コイルエンド部巻線５０の締結剛性を従来構造と同程度になるように保つ設計とすると、支持リング１０とコイルエンド部巻線５０の間の結束材３による締結箇所の総数を減らすことが可能となる。つまり、結束材３の縛り付け数が少なくなるので、その分だけ結束材３を縛り付けするのに必要な作業時間と作業コストを削減することが可能となる。

【0027】

また、本実施例においては結束材３が中間板材２０を介してコイルエンド部巻線５０と接触するので、コイルエンド部巻腺５０の絶縁層１の角部と直接接触しない構成となって、従来の構造と比較して絶縁層1の角部に発生する応力が小さくなり、絶縁層1の絶縁信頼性を向上させることができる。

【0028】

以上に説明した構造は実施形態の一例であって、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、図３に示したように中間板材２０の角に丸み２０Ａを設ける構造としてもよい。図1に示す構造では中間板材２０の角が直角であるため、結束材３が中間板材２０の角部によって傷つけられる可能性があるので結束材３のこの部分での劣化が早まる恐れがあったが、図３に示すように中間板材２０の角に丸み２０Ａを設けるようにすると結束材３の劣化を抑制することができる。

【0029】

また、図４に示すように支持リング１０に対向する側と反対側に凹型の中間板材２０を設け、この中間板材２０の内側にスペーサ２２を介装し、このスペーサ２２内にコイルエンド部巻線５０を収納する構造としてもよい。

【0030】

スペーサ２２はスペーサ４と同様にガラス繊維またはアラミド繊維などに未硬化の熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂など）を含浸させたプリプレグフェルトであり、加熱して硬化させることができる。したがって、加熱硬化する前のスペーサ２２は柔かく容易に変形するため、コイルエンド部巻線５０と中間板材２０の間の隙間をスペーサ２２で埋めることができ、コイルエンド部巻線５０と中間板材２０の間を良好に接着できるという利点がある。

【実施例2】

【0031】

次に本発明の第２の実施形態であるコイルエンド部巻線と支持リングの締結構造について、図５を参照しながら説明する。第１の実施形態が結束材３とコイルエンド部巻線５０の間に中間板材２０を介装しているのに対し、第２の実施形態では結束材３と支持リング１０の間に中間板材３０を介装している点で異なっている。

【0032】

図５はコイルエンド部巻線５０と支持リング１０の締結部を表す斜視図であり、コイルエンド部巻線５０と支持リング１０の間にはスペーサ４が配置され、更に支持リング１０の側面には中間板材３０が配置された状態で、コイルエンド部巻線５０と支持リング１０が結束材３で縛り付けられて締結固定されている。結束材３は支持リング１０の外周で襷掛けして交差するように締結されている。

【0033】

ここで、スペーサ４はガラス繊維またはアラミド繊維などに未硬化の熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂など）を含浸させたプリプレグフェルトであり、コイルエンド部巻線５０と支持リング１０を縛り付ける組み立ての際には、スペーサ４をコイルエンド部巻線５０と支持リング１０の間に圧縮して挿入し、その後、加熱して硬化させることで、スペーサ４とコイルエンド部巻線５０の間およびスペーサ４と支持リング１０の間が接着固定される。

【0034】

結束材３は紐状のガラス繊維に樹脂を含浸したプリプレグ材料であり、第１の実施形態と同様にスペーサ４と同じく加熱によって硬化し、結束材３と中間板材３０の間、結束材３とコイルエンド部巻線５０の間、および結束材３と支持リング１０の間が接着、固定される。

【0035】

支持リング１０の軸方向の両側面に中間板材３０が配置されており、この中間部材３０によって結束材３の間隔が大きくされて締結の剛性を上げるようになっている。中間板材３０と支持リング１０の間は接着、固定されており、中間板材３０の材料としては第１の実施形態と同様に電気絶縁性、耐熱性、機械強度に優れたガラスエポキシ積層板が好適である。

【0036】

この実施形態では、結束材３ｂ、及び結束材３ｂ′の、コイルエンド部巻線５０の長さ方向の間隔Ｗが中間板材３０を配置することで広くなっている。このため第１の実施形態で詳細に説明したとおり、コイルエンド部巻線５０と支持リング１０の間の締結部の剛性を増加させることができる。

【0037】

更に、この剛性の増加分は中間板材３０の厚みによって決まるため、回転電機の設計段階で締結部の剛性の増加分を予め計算することができる。このため、固定子のコイルエンド部巻線５０の締結剛性を従来構造と同程度になるように保つ設計とすると、支持リング１０とコイルエンド部巻線５０の間の結束材３による締結箇所の総数を減らすことが可能となる。つまり、結束材３の縛り付け数が少なくなるので、その分だけ結束材３を縛り付けするのに必要な作業時間と作業コストを削減することが可能となる。

【0038】

以上に説明した構造は実施形態の一例であって、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、図６に示すように支持リング１０の両側面に凸部１１を一体的に形成して支持リング１０の軸方向の幅を部分的に太くすることで中間板材３０と同じ機能を持たせることができ、結束材３の間隔Ｗを広げることができる。

【0039】

このような実施構造であれば中間板材３０を支持リング１０に貼り付ける必要がなく、作業性が改善されるという利点がある。また、支持リング１０の凸部１１はスペーサ４によってコイルエンド部巻線５０と接着されるため、コイルエンド部巻線５０と支持リング１０の間の接着の幅（コイルエンド部巻線５０の長さ方向の接着の幅）が図５に示す実施例に比べて広くなり、スペーサ４による接着の剛性が増加する。これによってコイルエンド部巻線５０をより強固に支持することができるという利点もある。

【0040】

次に実施例１および実施例２で説明した構造の効果を有限要素法による数値計算で検証した結果について、図7乃至図１２を参照しながら説明する。

【0041】

図７及び図８は解析に用いたモデルの形状を表す図である。図７は従来のコイルエンド部巻線５０と支持リング１０の締結構造を表しており、コイルエンド部巻線５０と支持リング１０は正方形断面の角棒でモデル化している。そして、コイルエンド部巻線５０と支持リング１０の断面寸法は等しいとし、正方形断面の辺の長さは５０ｍｍとした。

【0042】

図８は実施例１および実施例２で説明した構造を図７のモデルに適用したものであり、コイルエンド部巻線５０と支持リング１０の寸法は図７のモデルと同一である。

【0043】

このモデルではコイルエンド部巻線５０と結束材３の間、及び支持リング１０と結束材３の間に同じ板厚の中間板材２０、及び中間板材３０が配置されている。中間板材２０、及び中間板材３０はガラスエポキシ積層板とし、その厚みは１０ｍｍと１５ｍｍの２種類を使用した。解析の境界条件は自由支持とし、材料物性値には測定値および、文献値を使用して固有振動数解析を行った。

【0044】

この解析で評価した振動モードの変形図を図９および図１０に示している。この図では変形の特徴をわかりやすくするため、コイルエンド部巻線５０と支持リング１０の２つの材料だけの変形を模式的に示している。図中の実線は変形後の形状を示し、点線は変形前の形状を示している。

【0045】

図９はコイルエンド部巻線５０と支持リング１０が図中のｘｙ平面内でそれぞれ逆方向に回転振動する振動モードであり、この変形では結束材３（図示せず）がねじられるため、以後このモードをねじりモードと称する。

【0046】

図１０はコイルエンド部巻線５０と支持リング１０が図中のｙｚ平面内でそれぞれ逆方向に回転振動する振動モードであり、以後このモードを回転モードと称する。ねじりモードと回転モードの固有振動数の計算結果を図１１に示している。

【0047】

図１１の横軸は板材の厚みを角棒（コイルエンド部巻線５０と結束材３をモデル化したもの）の辺の長さで割ったものであり、横軸の値が「０」のときの計算値は図７の従来構造の計算結果である。この図から、横軸の値が大きくなるほど、つまり中間板材の板厚が増えるほど固有振動数が大きくなっていることがわかる。

【0048】

一般的に剛性は固有振動数の２乗に比例することが知られているため、図１１で得られた固有振動数の値を２乗し、従来構造の値を基準として締結部の剛性の比を計算すると図１２のようになる。この図から中間板材の厚みを角棒の辺の長さの０．３倍に設定することで、ねじりモードの締結部の剛性が７０％、回転モードの締結部の剛性が６０％増加することがわかる。

【0049】

つまり図８の構造をコイルエンド部巻線５０と支持リング１０の間の締結部に採用し、中間板材２０，３０の厚みをコイルエンド部巻線５０または支持リング１０の幅の３０％にすることで、この結束材３による締結箇所の総数を３５％減らしたとしても、固定子のコイルエンド部巻線５０と支持リング１０の締結剛性を従来と同程度に保つことができることを意味している。

【実施例3】

【0050】

次に本発明の第３の実施形態である隣り合うコイルエンド部巻線の締結構造について、図１３を参照しながら説明する。第１の実施形態が結束材３とコイルエンド部巻線５０の間に中間板材２０を介装しているのに対し、第３の実施形態では隣り合うコイルエンド部巻線５０を結束材３によって締結、固定する点で異なっている。

【0051】

本発明の第３の実施形態の締結構造について図１３を参照しながら説明する。図１３は隣接するコイルエンド部巻線５０間の締結部の構造を示す図であり、２つのコイルエンド部巻線５０の間にはブロック材５をフェルト６で挟んだものが挿入されている。このブロック材５とフェルト６は相互のコイルエンド部巻線５０が近づきすぎないようにする機能を有している。

【0052】

フェルト６はガラス繊維またはアラミド繊維などに未硬化の熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂など）を含浸させたプリプレグフェルトであり、このフェルト６とコイルエンド部巻線５０の間、及びフェルト６とブロック材５の間は接着されている。

【0053】

更に、コイルエンド部巻線５０の上下には中間板材２０が接着されており、この中間板材２０の上から、ガラス繊維に樹脂を含浸した結束材３が巻かれて、隣り合うコイルエンド部巻線５０同士を相互に締結、固定している。中間板材２０およびブロック材５の材料としては電気絶縁性、耐熱性、機械強度に優れたガラスエポキシ積層板が好適である。

【0054】

そして、図１３に示したコイルエンド部巻線５０の上下に設けた中間部材２０によって結束材３の間隔Ｈが従来よりも広くなるため、実施例１で説明したように締結部の締結剛性を従来よりも増加させることができる。

【0055】

更に、この剛性の増加分は中間板材２０の厚みによって決まるため、回転電機の設計段階で締結部の剛性の増加分を予め計算することができる。このため、固定子の隣り合うコイルエンド部巻線５０の締結剛性を従来構造と同程度になるように保つ設計とすると、コイルエンド部巻線５０の間の結束材３による締結箇所の総数を減らすことが可能となる。つまり、結束材３の縛り付け数が少なくなるので、その分だけ結束材３を縛り付けするのに必要な作業時間と作業コストを削減することが可能となる。

【0056】

また、この第３の実施形態によれば結束材３がコイルエンド巻腺５０の絶縁層１の角部と直接接触しないので、従来と比較して絶縁層１の角部に発生する応力が小さくなり、絶縁層１の絶縁信頼性を向上させることができる。

【0057】

以上に説明した構造は実施形態の一例であって、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、図１４に示すように中間板材２０の角に丸み２０Ａを設ける構造としてもよい。図1３に示す構造では中間板材２０の角が直角であるため、結束材３が中間板材２０の角部によって傷つけられる可能性があるので結束材３のこの部分での劣化が早まる恐れがあったが、図１４に示すように中間板材２０の角に丸み２０Ａを設けるようにすると結束材３の劣化を抑制することができる。

【0058】

また、図１５に示すように、コイルエンド巻腺５０のフェルト６と接着していない側の側面に、凹型の中間板材２０を設け、この中間板材２０の内側にスペーサ２２を介装し、このスペーサ２２内にコイルエンド部巻線５０を収納する構造としてもよい。

【0059】

スペーサ２２はスペーサ６と同様にガラス繊維またはアラミド繊維などに未硬化の熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂など）を含浸させたプリプレグフェルトであり、加熱して硬化させることができる。したがって、加熱硬化する前のスペーサ２２は柔かく容易に変形するため、コイルエンド部巻線５０と中間板材２０の間の隙間をスペーサ２２で埋めることができ、コイルエンド部巻線５０と中間板材２０の間を良好に接着できるという利点がある。

【符号の説明】

【0060】

１…絶縁層、２…導体、３…結束材、４…スペーサ、５…ブロック材、６…フェルト、１０…支持リング、１１…支持リングの凸部、２０…中間板材、２１…回転中心、２２…スペーサ、３０…中間板材、５０…コイルエンド部巻線。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】