JPH044816B2

JPH044816B2 -

Info

Publication number: JPH044816B2
Application number: JP59042083A
Authority: JP
Priority date: 1984-03-07
Filing date: 1984-03-07
Publication date: 1992-01-29
Also published as: JPS60187236A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明はタービン発電機等における円筒型の直
接冷却型回転子界磁巻線に関し、特にこれら装置
の運転時に生じる界磁巻線間の相対的に動きによ
る界磁巻線の摩耗を防止するのに好適な界磁巻線
に関する。

〔発明の背景〕

大型の発電機においては、大規模な冷却を必要
とするため、固定子部分は水または他の流体を用
いて常時冷却され、又、回転子の冷却の水素ガス
を用いて行なわれるのが普通である。ここで、タ
ービン発電機の回転子の代表的な構造について説
明する。回転子１は第１図に示す如く、円筒形の
回転子鉄心３０を有し、その外周部に沿つて設け
られた長手方向のスロツト３１の中に回転子界磁
巻線３が納められる。界磁巻線は導体で構成され
ているが、その導体はまず磁極面に最も近接して
いる一対のスロツトの中に底部に置かれ、それか
ら、スロツトの頂部近くの位置に達するまで次の
巻線層がらせん状に積み重ねられる。その積み重
ねた一つの巻線を第２図に示す。その後次の一対
の回転子スロツト内で同様に巻線積重ねが続けら
れ、このようにして希望の数のスロツト対につい
て巻線をくりかえし巻回する。これらの巻線を通
る電流の流れは以上説明した巻線の積重ね順と同
様な導電路をたどる。

導体は具体的には胴の平らな導体棒であるた
め、絶縁層をスロツト内の隣接する胴と胴の間に
配置することにより、回転子磁極巻線を直列に巻
線された状態に保持されている。

また、冷却について説明すると、まずスロツト
内における導体の冷却は、導体棒の厚み方向の孔
やその長手方向に沿つてのびた孔が設けられてお
り、そして各導体棒に設けられた孔は隣接してい
る導体棒に設けられた孔と整合して、適切な冷却
通路を形成し、この冷却通路に冷媒を流すことに
よつて行なわれる。

一方、回転子巻線のスロツト外部領域（巻線端
部）の冷却は回転子界磁巻線に並列接続された銅
導体棒を採用し、各導体棒に溝を設け、導体棒の
溝部をたがいに合わせることによつて冷却通路を
形成させている。

これらの巻線の導体棒は各スロツト外部の巻線
コーナー部でロウ付による並列に接続されてい
る。このように並列に接続された導体棒間には絶
縁材料を挿入する必要はない。しかし、巻線がそ
のように構成される場合、銅が摩耗するという問
題が生ずることがあることに最近注目されるよう
になつた。すなわち、これらの並列接続された銅
の層の間の機械的摩耗のために、銅粒子が蓄積す
ることである。説明を明確にするため、この明細
書で用いる「層」という用語は直列接続された極
磁巻線部分を指すものとする。また、「薄層」と
いう用語は隣接する並列接続された導電巻線部分
を指示するものとする。したがつて、１つの層は
１つまたはそれ以上の薄層で構成される。長手方
向に延びる冷却通路を含むことができるのはこれ
らの薄層である。

発電機が比較的高速で正常に運転している間
は、隣接する薄層の間には大きな動きは現われな
い。その理由は、大きな遠心力が発生して、回転
子の導体棒のほぼ一定の位置に保持するためであ
ると考えられる。しかし、場合によつては、この
発電機が電力を発生せず、回転子の速度を、回転
子本体のたわみ又は変形を阻止するように、ター
ニング装置により機械を運動して維持する場合が
ある。この低速運転により並列接続されている隣
接する薄層の相対的な動きがひき起されると考え
られる。これらの薄層間には電気絶縁材料が挿入
されていないため、薄層は回転子スロツトの長手
方向に沿つて機械的に接触し、そのため、薄層の
間の相対的な動きのために銅材料の摩耗が生ずる
ことがある。この摩耗のために銅粒子が蓄積する
ことがあり、その結果として回転子巻線回路に地
絡の問題が生ずることがある。

この薄層間での銅の摩耗に対して、公開特許昭
57−75543「機械的セパレータを有する電気機械の
回転子」が提出されており、このものは薄層間に
ガラス繊維で強化されたポリエステル材料からな
る摩耗防止材を設けることである。

しかし、このものではスロツト深さ方向の巻線
高さが高くなつてしまうため、スロツト深さを深
くする必要がある。このことは発電機の小型化を
防げる結果となる。又、第３図に摩耗防止材２２
を設けた場合のスロツト端部巻線構造を示すが、
この場合、タービン発電機の如く高速回転機
（3000又は3600rpm）においては運転時に非常に
大きな遠心力が働くが、この遠心力による圧縮力
が摩耗防止材に集中する。したがつて、摩耗防止
材が受ける面圧は層間絶縁材料が受ける面圧の約
1.5倍以上にも達するため、摩耗防止材の損傷が
懸念される。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、回転子巻線の隣接する並列接
続されている薄層の間での銅の摩耗を防止し、寿
命の長い新規な回転子界磁巻線を提供をすること
にある。

〔発明の概要〕

タービン発電機の回転子界磁巻線直線部におい
て運転中に薄層間の機械的摩耗のために銅粉が蓄
積し、その結果として地絡あるいは層間短絡を生
ずることがある。本発明はこれらの欠点を防止す
るために回転子界磁巻線は積層された導電性巻線
の一部を分割して形成された少なくとも２つの導
電性薄層を、接合面で接合して上記導電性巻線を
構成する回転子界磁巻線において、上記導電性巻
線は導電性巻線の積層方向と同方向に分割した導
電性薄層間の接合面の少なくとも一部を接合する
接合部を設けることにある。

この結果、回転子界磁巻線に生ずる円周方向の
力つまり積層方向に対して直角方向の力に対し
て、導電性薄層間で生ずる摺動つまり水平方向の
摺動は、接合部で防止できるので、機械的摩耗を
防止するものであり、銅粒子の発生をなくし地絡
あるいは層間短絡を防止するものである。

〔発明の実施例〕

第４図はタービン発電機の回転子を例示するも
のである。本発明を採用できるのはこのような直
接冷却機である。回転子１はほぼ円筒形の鉄心３
０を有する。鉄心３０の外周部にはスロツト３１
が長手方向に延びている。磁極３５の巻線はスロ
ツトａとa′、ｂとb′、ｃとc′、ｄとd′の中に配置
される。反対側の磁極の巻線は他のスロツトの中
に同じより方で対照的に配置される。巻線の層は
スロツトａとa′、ｂとb′、ｃとc′、ｄとd′の中に
配置され、導電路を形成するように接続される。
その導電路は層状に、スロツトａ，a′の底部から
頂部へ、それからスロツトｂ，b′の頂部から底部
へ、次にスロツトｃ，c′の低部から頂部へ、最後
にスロツトｄ，d′の頂部から底部へと進む。スロ
ツトｄ，d′は図示の実施例では磁極３５の巻線に
用いられる最後のスロツトを構成する。反対側の
磁極のために同様な巻線構造が用いられる。大き
な電流が流され、種々の電気的および磁気的な加
熱作用が生ずるから、発電機を長期間高い信頼度
で運転させるためには、回転子巻線を直接冷却す
ることが極めて望ましい。この目的のために、銅
の巻線導体棒の中に整合した通風孔が設けられ、
回転子は密封水素雰囲気中に配置される。更に、
回転子鉄心の表面はスコツプ状３４に加工されて
いる。この加工は回転子は回転する時に、巻線導
体棒の孔を通して水素を圧送するように動作す
る。このようにして水素ガスはスコツプ状の開口
にすくい込まれ、開口３３から押し出されて希望
の冷却機能を行なう。巻線導体棒に設けられてい
る通風孔のために、この冷却流体の流れを阻止し
ないようにスロツト内絶縁材料には類似の孔が設
けられる。

第５図は１つの回転子スロツトに於ける本発明
を例示している。スロツトは回転子鉄心３０から
延びる回転子歯の間にある。銅の導体が参照番号
４２より全体的に示されている。図からわかるよ
うに巻線層の間に巻線絶縁体４３が設けられる。
絶縁体４３には冷却流体通路４６を形成するよう
に、銅の導体４２に同様に設けられている孔に対
応する孔が設けられている。複数の巻線層つまり
導体４２層と巻線絶縁体４３とを積層している。
導体４２は第６図に示すように積層方向と同方向
に導電性薄層２３と導電性薄層２４とに分割して
いる。導電性薄層２３と導電性薄層２４とを当接
した接合面の一部を接合部であるロウ付４７で接
合し、両薄層間を一体にしている。このロウ付は
部分的なロウ付であるため手軽に実施出来、ま
た、巻線の組込み性も損なわれない。このロウ付
は銅の薄層の相対的運動から生ずる銅粒子の形成
を、相対的運動を抑制することにより防止する。

導電性巻線４２を導電性の回転子鉄心から絶縁
することも必要であるから、典型的にはガラス繊
維で強化されたエポキシ樹脂で構成されるスロツ
ト絶縁被覆４４を設けることが必要である。同様
に、導電性くさび３２から巻線を絶縁するために
絶縁性のクリページブロツク４１が図示のように
用いられる。くさび３２は、とくにこの発電機が
正常な高速運転中に、巻線をスロツトの中に保持
するように作用する。これらのくさび３２は、回
転子の歯６に設けられている溝４０に沿うダブテ
ール状の取付具を形成する。くさび３２は鋼また
はアルミニウム合金で作られるのが普通である。
このような合金で要求される理由は、くさびに大
きな遠心力が加わるからである。回転子の歯６と
くにその根元近くに強度を大きくするように、ス
ロツトは底の方がせまくなるようにテーパー状に
するのが好ましい。

第６図は回転子巻線の１つの層を示す。スロツ
ト内にその長手方向に延びている巻線部分には、
物理的および機械的に別々の２つの薄層２３，２
４がある。各薄層は図示のように部分５０でロウ
付される。、別々の薄層を用いることにより、図
示のように背中合わせに隣接させられた関係で配
置された時に、回転子の回転運動の作用で冷却流
体が強制的に送り込まれる開口部２６を有する冷
却ダクト２５が形成されるように、各銅薄層２
３，２４に溝を機械加工できる。しかし、前記し
たように、銅が摩耗して銅の粒子が蓄積すること
を防ぐために、スロツト内に組込まれる薄層２
３，２４間はあるピツチをもつて接合（本例では
ロウ付接合）されることが望ましいことがわか
る。この方法によれば、スロツト深さを深くする
ことなく目的が達成出来る。又薄層間の温度差に
よる熱伸びの差により、界磁巻線コーナー部のロ
ウ付部にせん断力が生じるが、スロツト長手方向
にある間隔をもつて接合することにより、薄層間
の温度差による熱伸びを吸収することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、巻線導体棒４２を積層方向に
分割した導電性層間をロウ付で接合した。この結
果、低速運転時の積層方向に対して直角方向つま
り円周方向に働く力による導電性薄層間に生ずる
摺動は、ロウ付により防止され摺動しなくなり、
銅粒子の発生を防止できる。したがつてそれに伴
つて起こることがある地絡あるいは層間短絡事故
を防止できる。それゆえ、大型発電機の如く修理
に手間と費用を要するものに対してこの方法を実
施すれば経済的効果も大きく、又、停電事故の防
止に効果がある等の利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はタービン発電機回転子の概略図、第２
図は一対の回転子スロツトに組み込まれた界磁巻
線を示す斜視図、第３図は摩耗防止材を設けた場
合のスロツト端部巻線構造を示す図、第４図は本
発明の背景を例示する回転子の斜視図、第５図は
本発明に従つて回転子スロツトの中に挿入されて
いる巻線を示す回転子スロツトの横断面図、第６
図は一対の回転子導体棒の薄層間にロウ付を施こ
す例を示す図である。１……回転子、３……界磁巻線、４……界磁巻
線保持環、１２……磁極中心、１３……接続板、
２２……摩耗防止材、２３，２４……薄層、２５
……冷却通路、３０……回転子鉄心、３１……ス
ロツト、３２……くさび、３５……磁極、４０…
…通路、４１……クリページブロツク、４２……
巻線導体棒、４３……絶縁体、４４……スロツト
絶縁、４６……冷却通路、４７……ロウ付、５０
……ツヨメ。

Claims

【特許請求の範囲】

１外周に沿う長手方向のスロツトを有する円筒
鉄心と、このスロツト内に層を成して配置され、
かつ直列接続された複数の導電性巻線とを備え、
前記複数の導電性巻線を積層した層はそれらの積
層間に配置された電気絶縁体により直列に接続さ
れ、この積層された導電性巻線の一部を分割して
形成された少なくとも２つの導電性薄層を、接合
面で接合して上記導電性巻線を構成する回転子界
磁巻線において、上記導電性巻線は導電性巻線の
積層方向と同方向に分割した導電性薄層間の接合
面の少なくとも一部を接合する接合部を設けるこ
とを特徴とする電気機械の回転子界磁巻線。