JP2004516798A - 発電電動機械のボア銅と界磁巻線との間の電気的接続を行うための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

発電機は、組立式端子スタッド２８を受けるための、ねじ付き半径方向孔３２を有するボアコネクタ２２を有する。端子スタッドは、その半径方向内側端部にボア銅と螺合するためのねじ４４とその反対側端部に凹部４６とを有するアダプタ部分４０を有する。端子スタッドの外側部分４２は、凹部中に受けられ、電気コネクタ５２を介して該凹部との間に電気的接続を形成する。外側部分は、ねじ付きナット６０によってロータの半径方向ボア中に支持される。アダプタ部分の回転方向の配向は、ボア銅との螺合によって固定され、外側部分は、回転方向の配向に関係なく挿入することができる。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電電動機械における界磁巻線とエクサイタ又はスリップリングとの間の接続とそれらを接続する方法とに関し、具体的には、ボア銅と界磁巻線とを電気的に相互接続するための組立式端子スタッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電電動機械のロータは、一般的に、順次ステータ電流と電圧とを発生させる磁束を発生させるための界磁巻線を含む比較的大径の円筒形本体を含む。これらの界磁巻線は、通常、外周に沿った一連の長手方向スロット中に支持され、ロータ本体の長さにわたって延びる。例えば、具体的には３６００ｒｐｍの速度で本体が回転すると、巻線上に高い遠心力が作用する。これらの巻線は、通常、これらもまたロータ本体の長さに沿って延びているダブテール形状のウェッジを使用することによって、ロータスロット中に保持される。巻線とロータスロットとが形作られ、絶縁され、そして冷却されるやり方には、特に変化する負荷及び環境条件の下での長期間運転用に設計された装置に対して、多くの設計的問題が存在する。巻線は、ロータ本体及びウェッジ端部を超えて軸方向に延び、巻線の末端巻線を半径方向外向き方向へ押しやる傾向がある同じ回転力に曝されるので、エクサイタ又はスリップリングと巻線との間の電気的接続を形成することと併せて、そのような半径方向の移動を防止するように、特別な設計構造が含まれなければならない。
【０００３】
末端巻線の半径方向の移動を防止する問題については、巻線の末端巻線を、そのようなリングをロータ本体の端部における円周リップの周りに焼き嵌めすることによってロータ本体の端部に対して取り付けられた保持リング内部に囲い込むことが常套手段である。保持リングの熱膨張の影響を打ち消すように保持リングをしっかりとロータ上に保持するために、固定キー等のような別の手段が追加的に含まれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
「ボア銅」（エクサイタ／整流装置組立体と電気的接続を行うためにロータ本体の両端部から延びる小径シャフト中に埋め込まれた絶縁導体）としても知られる、界磁巻線とボアコネクタとの間の電気的接続を行うことができる方法については、従来技術に見られるような界磁巻線接続に、様々な形状に曲げられたろう付けされた銅のリーフを通常使用する。これらの形状は、コネクタが特別な特性を持つことを必要とする周期的な機械的及び電気的性能要件に起因して、早期の故障を生じていた。
【０００５】
より具体的には、界磁巻線とボア導体との間の電気的接続を提供する現在の長年続いている設計（例えば、米国特許第５，３５８，４３２号を参照）においては、主端子がシャフトの半径方向ボア中へ挿入される。この主端子は、その半径方向内側端部においてボアコネクタ中のテーパ付き雌ねじに係合するための、テーパ付きねじを有する。テーパ角度と、ねじピッチと、ねじ付きの最小外径及び内径に沿った接点と、主端子に所定値までのトルクを与えるための要求値との公差が、主端子のボアコネクタ接続に対する組み付けを難しくし、同時に良好な電気的接続にとって決して最適とは言えない状態を生じる。主端子の反対側端部は、界磁巻線に対して電気的に接続される複数の可撓性リーフを含む。主端子とボアコネクタとの間のパイプねじ式固定の故に、この薄い端子リーフは、現場で成形され、互いにろう付けされる必要がある。その工程においては、必要な薄い銅リーフを熔融させないように、又は、ろう付け用合金が端子の可撓性部分の中へ入り込まないように注意しなくてはならない。互いに対して及び界磁巻線に対してリーフを現場でろう付けすることは、時間を消費するし、骨の折れる作業である。万一このリーフがろう付けの過程で熔融するか、又は、万一ろう付け用合金が端子の可撓性部分に入り込むと、ロータの高回転および高熱の力によって、可撓性接続に早期の故障を発生させることになり、予期せぬ故障停止及び発電機の中断時間を生じさせることになる。
【０００６】
本出願の譲受人による先の出願には、ボア銅と界磁巻線との間の改良された端子スタッドコネクタが開示されている。その発明においては、ボア銅の半径方向に開口するねじ付き孔が、そのねじを除去し、端子スタッドの半径方向内側端部を受けて、半径方向内側端部と電気的接触を行うために、環状ばね状の電気コネクタを受けるように機械加工されている。その構成は、新しい発電機に対しては満足できるものではあるが、現場において改修を行っているより古い発電機では、その出願にある改良された端子コネクタを利用するためには、ロータ中心に埋め込まれたボア銅を完全に除去し、再製作することが必要である。そのような端子スタッドを再取り付けするためにボアコネクタを除去し再製作することは経済的ではないので、元の装置に対する、しかも現場でかつその発電機の位置において、更に経済的、現実的そして更に速い処理で、発電機の修理と改修とを行う方法での、ボア銅と界磁巻線との間の接続を改良することへの必要性が存在する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の好ましい実施形態によれば、ボアコネクタを再製作すること及び／又はロータの中心から該ボアコネクタを除去することの必要なしに、現場で発電機を修理するための方法と装置が提供される。前述のことを達成するため、本発明の好ましい形状によれば、半径方向内側の端子スタッドアダプタ部分と外側の端子スタッド部分とを含む組立式端子スタッドが提供される。アダプタ部分は、現行のボア銅の雌ねじ部分に合わせるために、その半径方向内側端部上に、半径方向内側の雄ねじ部分を有し、それによって、端子スタッドアダプタは、現場で容易にボア銅中へねじ込むことができる。アダプタ部分の反対側端部は、環状ばね状の電気コネクタを受けるための凹部を含む。外側部分は、凹部中で環状のばね内部へ受けられることが可能である半径方向内側端部を含み、そのばねは、端子スタッドの外側部分とアダプタ部分との間で良好な電気的接続を与える。外側部分の反対側端部は、界磁巻線に対する接続のためのリーフ銅を含む。
【０００８】
端子スタッドがボア銅中へねじ込まれている場合の端子スタッド交換に伴う主要な困難性は、スタッドの外側端部上のリーフ銅が、機械の軸方向中心線に対して配向されるように、端子スタッドをその軸線の周りに配向させる必要性にあることが分かるであろう。換言すれば、端子スタッドとボア銅との間のねじ接続を使用することによって、得られる端子スタッドの回転方向の配向には、問題がある。この問題を解決するために、リーフ銅は一般的に端子スタッドに対して用いられるが、端子スタッドがボア銅中へ組み付けられ、端子スタッドとボア銅とを互いに固定するための仕様トルクが加えられるまでは、成形されないまま、また、巻線に対して取り付けられないままにしておかれた。その後、リーフ銅はコイルに取り付けられるように成形され、またスタッドは位置合わせを得るために更にトルクが加えられ又はトルクが弛められた。しかしながら、そのような過剰トルク又は過少トルクは、早期の故障につながり、また、この形式の接続の故に、リーフ銅は低サイクル疲労メカニズムに曝されることが判明した。従って、ボア銅中へねじ込まれた半径方向内側のアダプタ部分を有し、かつ該アダプタ部分に対する外側部分の回転方向の配向を必要としない、２つの部分からなる端子スタッドを形成することによって、リーフ銅は、組み付けに先立って端子スタッドの外側部分上に成形することができる。このように、外側部分と、該外側部分に固定されたリーフ銅とは、機械及び界磁巻線と位置合わせするために簡単に回転させることができる。
【０００９】
本発明による好ましい実施形態において、ロータを有する発電電動機械であって、ロータ中の半径方向ボアと、ロータの部分に沿ってほぼ軸方向に延び、かつほぼ半径方向外向きに開口するねじ付き孔を有するボアコネクタと、ボアコネクタと機械の界磁巻線とを電気的に接続するための、アダプタ部分と外側部分とを含む、半径方向ボア内の端子スタッドとを含み、アダプタ部分が、そのねじ付き孔においてボアコネクタと螺合するためのねじ付き端部を有し、アダプタ部分の反対側端部が、凹部を有し、外側部分が、その一方の端部においてアダプタ部分と電気的に接続するための電気接点部を有し、凹部内には、アダプタ部分と外側部分とを互いに電気的に結合するための多重接点式電気コネクタが設けられ、アダプタ部分と外側部分とが、該外側部分の回転方向の配向を行うことなく凹部中に外側部分の電気接点部が受けられた状態で、互いに軸方向に位置合わせされ、外側部分が、その反対側端部において機械の界磁巻線と係合するためのリーフ銅を有しており、それによって、外側部分が、アダプタ部分とボアコネクタとの間のねじ接続により生じるアダプタ部分のボアコネクタに対する回転方向の配向に関係なく、アダプタ部分に対して組立てられる発電電動機械を提供する。
【００１０】
本発明による別の好ましい実施形態において、ロータ及び該ロータ中の半径方向ボアと、ロータの部分に沿ってほぼ軸方向に延び、かつほぼ半径方向外向きに開口する孔を有するボアコネクタと、アダプタ部分と外側部分とを備える端子スタッドとを有する発電電動機械において、ボアコネクタと界磁巻線とを接続する方法であって、（ａ）端子スタッドのアダプタ部分のねじ付き端部を、ボアコネクタの半径方向外向きに開口する孔中へねじ込む段階と、（ｂ）端子スタッドの外側部分の一方の端部部分を、アダプタ部分のねじ付き端部から反対側の端部上に形成された凹部中へ挿入し、アダプタ部分と外側部分との間の電気的接触を得る段階と、（ｃ）外側部分の反対側端部上のリーフ銅を、界磁巻線に対して固定する段階とを含む方法が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図面、特に図１を参照すると、ここには発電機のような発電電動機械用のロータ１が示されている。ロータ１は、端シャフト２を含み、該端シャフト２は、エクサイタ／スリップリング３と保持リング４内部でロータ上に置かれたロータ界磁巻線との間で端シャフト２に沿って長手方向に延びる、絶縁導体、即ちボアコネクタ又は「ボア銅」を含む。言うまでもないことであり、また、通常のことであるが、ロータは、ロータ外周に隣接するスロット側にダブテール形状をした長手方向の溝を有する、一連の長手方向に延びる半径方向に開口するスロット５を含む。界磁巻線は、スロット中に挿入され、ロータ本体の長さにわたって延び、図示しないが長手方向のウェッジがダブテール形状をした溝中に置かれて、ロータが運転速度にある時に作用する遠心力に抗して巻線を所定の位置に保持する。巻線の長手方向部分は、ロータのより大径部分の端部を超えて軸方向に延び、１つのスロットにある長手方向部分を他のスロットの巻線と接続するための末端巻線７（図２）を含む。保持リング４は、これらの末端巻線の上に横たわり、ロータが運転速度にある時に、末端巻線が半径方向外向き方向に移動するのを拘束するように、巻線の末端巻線上に作用する遠心力に抗する。
【００１２】
図２を参照すると、端子スタッド９は、ボア銅１０と界磁巻線７との間に延びる。可撓性のリードコネクタ８は、一般的に端子スタッド９の半径方向外側端部を末端巻線７に対して接続する。ボア銅１０は、例えば絶縁体１２によってロータ２から電気的に絶縁されるのが分かるであろう。同様に、端子スタッドは、ボア銅１０と巻線７との間で電気を導通させる一方で、同様に通常の方法でロータ１から電気的に絶縁される。図２に示すように、端子スタッドの下部即ち内側端部を受けるボア銅１０中の半径方向開口は、テーパが付けられたねじ付き孔であり、該孔が、端子スタッドの端部上の相補形ねじを受けることが分かるであろう。従って、端子スタッドのボア銅に対する回転方向の配向は、ねじの性質によって決まる。前に示したように、可撓性のリードコネクタ８即ちリード銅の、機械軸線及び末端巻線との位置合わせには、このように問題がある。
【００１３】
次に図３を参照すると、ここには発電機ロータ２０と、該ロータ２０の軸線に対してほぼ平行に延びるボア銅２２と、末端巻線２４と、保持リング２６と、全体を符号２８で表され、本発明の好ましい実施形態により構成され、ボア銅２２と末端巻線２４とを電気的に相互接続する端子スタッドとが示されている。図示されるように、ボア銅２２は、テーパ付きねじ３２を含む、半径方向に開口する孔３０を有する。現行の発電機におけるのと同様に、端子スタッド２８は、ボア銅２２中へねじ込まれ、また、末端巻線２４と電気的に接続するための、形付けされたリーフコネクタ３４、即ちリーフ銅を有する。よく知られているように、リーフコネクタ３４は、両端部においてろう付けされているが両端部の間では固定されていない複数の銅のリーフを含み、この場合には、リーフコネクタ３４は、ピン支持体３６の周りに折り曲げられている。
【００１４】
ロータ２０の半径方向ボア３８内で回転方向の配向を必要としない端子スタッドを提供するために、本発明の端子スタッド２８は、半径方向内側アダプタ部分４０と外側部分４２とで形成される。図４において最もよく示されるように、アダプタシステムは、その半径方向最内端部にボア銅２２の雌ねじ３２と螺合するための、テーパ付きの雄ねじ４４を含む。アダプタ部分４０の半径方向外側端部は、半径方向外向きに開口する凹部４６を設けるために、直径が拡大（図４を参照）されている。凹部の底部は、図示しないが工具の端部の突起を受けるための１対の開口部４８を含み、それによってアダプタ４０をボア銅２２中へねじ込むことができる。凹部４６は、ばね付勢された多重接点式接続ストリップ即ち電気コネクタ５２を受けるための拡大径部分５０を含む。この多重接点式接続ストリップ５２は、市販されており、その間にばねルーバ５８を備える縁部又は周囲バンド５４及び５６を有する電気コネクタを含む。縁部５４及び５６は、外側端子スタッド部分４２の半径方向内側端部と電気的な接続を形成する目的で、凹部４６内に半径方向内向きに延びる。電気コネクタ５２は、拡大された凹部５０内部に保持され、また、ばねルーバ５８は、アダプタ部分４０との電気的接続を形成する。
【００１５】
外側部分は、その半径方向内側端部部分５９において、凹部４６中に受けられ、電気コネクタ５２と電気的接触を行うような寸法にされる。外側部分４２の電気接点部５９が、端子スタッド２８の軸線周りでの外側部分４２の回転方向の配向に関係なく、凹部５６中へ挿入されることが分かるであろう。即ち、アダプタ部分４０は、ボア銅２２のねじ付きボア３２とのその螺合故に、ボア銅２２に対して固定するためにねじ込まれた時に、特定の回転方向の配向を有する。それに対して、外側部分４２は、その軸線周りの如何なる回転方向の配向においても、アダプタ部分４０に対して電気的に接続できる。リーフ銅３４は、半径方向ボア３８中へのその組み付けに先立って、端子スタッドの上端部上に形成することができるのが分かるであろう。従って、外側部分４２は、そのアダプタ部分４０に対する如何なる回転方向の配向とも関係なく、リーフコネクタ３４を機械の軸線又は他の如何なる所望の方向にも位置合わせするために回転方向に配向させることができる。
【００１６】
外側部分４２は、雄ねじ６４を有するリテーナ又はナット６０によって半径方向ボア中に保持される。雄ねじ６４は、半径方向ボア３８の雌ねじに係合する。ナット６０の領域中の外側部分４２は、該ナットから電気的に絶縁される。更に、環状の絶縁体６６が、外側部分４２の拡大された中間部分６８の両側に設けられる。その結果、外側部分が半径方向ボア３８中へ挿入され、ナット６０がボアのねじ付き部分に螺合された時、外側部分４２は、アダプタ部分４０と電気的に接触し、またロータからは電気的に絶縁された状態で、半径方向ボア３８中に保持される。
【００１７】
前述の構成によって、現場で使用中でありかつボアコネクタのテーパ付き雌ねじを有する発電機は、ボアコネクタ自体を再製作することなく容易に改修できる。ボアコネクタからスタッドのねじを緩め、半径方向ボア３８からスタッドを取り外すことによって従来の端子スタッドを除去した後、アダプタ部分４０は、凹部４６内の電気コネクタ５２と共に、ボア３８中へ挿入されることができる。次いでアダプタ部分４０は、ボア銅２２に対してねじ込まれる。所定の位置にねじ込まれたら、外側部分４２の半径方向内側端部が、凹部５６中へ挿入でき、また、外側部分４２は、回転され、リーフコネクタ３４を機械の軸線と回転方向に位置合わせされる。外側部分４０は、ボア３８中にナット６０をねじ込むことによって、ボア内部へ固定され、アダプタ部分４０と界磁巻線とに対するその電気的接触が維持される。従って、端子スタッドは、現行のボア銅、及び、特にテーパ付きねじ孔３２を再製作又は機械加工することなく、ロータ中へ再取り付けすることができる。
【００１８】
本発明を、現在最も実用的で好ましいと考えられる実施形態に関連させて説明してきたが、本発明はここに開示した実施形態に限定されるものではなく、逆に、添付の特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び等価な構成を保護することを意図していることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】発電電動機械用の従来のロータの概略図。
【図２】端子スタッドとボア銅との間の、従来技術の接続の部分断面図。
【図３】本発明の好ましい実施形態による、発電電動機械のボア銅と界磁巻線との間の電気的接続を示す部分拡大断面図。
【図４】本発明の端子スタッドの一部を形成するアダプタ部分の一部を破断及び断面で示した拡大側面図。
【符号の説明】
２０ ロータ
２２ ボア銅
２４ 末端巻線
２６ 保持リング
２８ 端子スタッド
３０ 半径方向に開口する孔
３２ テーパ付きねじ
３４ リーフコネクタ
３６ ピン支持体
３８ 半径方向ボア
４０ アダプタ部分
４２ 外側部分
４６ 凹部
６０ ナット
６６ 環状の絶縁体
６８ リテーナ

Claims (7)

1. ロータ（２０）を有する発電電動機械であって、
   前記ロータ中の半径方向ボア（３８）と、
   前記ロータの部分に沿ってほぼ軸方向に延び、かつほぼ半径方向外向きに開口するねじ付き孔（３２）を有するボアコネクタ（２２）と、
   該ボアコネクタと前記機械の界磁巻線（２４）とを電気的に接続するための、アダプタ部分（４０）と外側部分（４２）とを含む、前記半径方向ボア内の端子スタッド（２８）と、
   を含み、
   前記アダプタ部分が、その前記ねじ付き孔において前記ボアコネクタと螺合するためのねじ付き端部（４４）を有し、前記アダプタ部分の反対側端部が、凹部（４６）を有し、前記外側部分が、その一方の端部において前記アダプタ部分と電気的に接続するための電気接点部（５９）を有し、前記凹部内には、前記アダプタ部分と前記外側部分とを互いに電気的に結合するための多重接点式電気コネクタが設けられ、前記アダプタ部分と前記外側部分とが、該外側部分の回転方向の配向を行うことなく前記凹部中に該外側部分の電気接点部が受けられた状態で、互いに軸方向に位置合わせされ、前記外側部分が、その反対側端部において前記機械の界磁巻線と係合するためのリーフ銅（３４）を有しており、
   それによって、前記外側部分が、前記アダプタ部分と前記ボアコネクタとの間のねじ接続により生じる該アダプタ部分の該ボアコネクタに対する回転方向の配向に関係なく、前記アダプタ部分に対して組立てられる、
   ことを特徴とする発電電動機械。
2. 前記端子スタッド上の肩部に係合し、前記ロータと螺合するリテーナ（６８）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記外側端子スタッド部分の一部の周りに、前記ロータと前記端子スタッドとを互いに電気的に絶縁する電気絶縁体（６６）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
4. ロータ（２０）及び該ロータ中の半径方向ボア（３８）と、前記ロータの部分に沿ってほぼ軸方向に延び、かつほぼ半径方向外向きに開口する孔（３２）を有するボアコネクタ（２２）と、アダプタ部分（４０）と外側部分（４２）とを備える端子スタッド（２８）とを有する発電電動機械において、前記ボアコネクタ（２２）と界磁巻線（２４）とを接続する方法であって、
   （ａ）前記端子スタッドの前記アダプタ部分のねじ付き端部（４４）を、前記ボアコネクタの前記半径方向外向きに開口する孔中へねじ込む段階と、
   （ｂ）前記端子スタッドの前記外側部分の一方の端部部分（５９）を、前記アダプタ部分の前記ねじ付き端部から反対側の端部上に形成された凹部（４６）中へ挿入し、前記アダプタ部分と前記外側部分との間の電気的接触を得る段階と、
   （ｃ）前記外側部分の反対側端部上のリーフ銅（３６）を、前記界磁巻線に対して固定する段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
5. 前記凹部内に環状のばねを配置する段階と、前記ばねを前記外側部分の前記一方の端部と前記凹部の壁とに係合させ、前記外側部分と前記アダプタ部分との間の電気的接続を形成する段階とを含むことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記段階（ａ）に先立って、前記ボアコネクタ中へねじ込まれた前記端子スタッドアダプタを除去する段階を含み、それらに引き続き、前記段階（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に従って、前記外側部分と前記アダプタ部分とを前記半径方向ボア中に再取り付けする段階を含むことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
7. 前記段階（ｂ）は、前記アダプタ部分に対する前記外側部分の回転方向の配向に関係なく行われることを特徴とする、請求項４に記載の方法。

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