JP2004523996A - ダイオード支持及び破片封じ込め手段を有する発電装置及び関連方法 - Google Patents

Abstract

発電装置（１０）は、発電機（１５）と、その励磁用励磁機（２０）とを有する。励磁機（２０）は、好ましくはダイオードホイール（３０）を有する。ダイオードホイール（３０）は、回転支持構造（３１）、回転する支持構造（３１）に取り付けられた複数のダイオード（３５）及び各々が複数のダイオード（３５）に隣接してダイオード（３５）を支持し、ダイオード破裂時にその限界内に封じ込める複数のダイオード支持及び破片封じ込め手段（４０）を有する。各ダイオード支持及び破片封じ込め手段（４０）は、好ましくは、ダイオード（３５）を挟んで離隔した一対の封じ込め部材（４２、４７）を有する。各封じ込め部材（４２、４７）は絶縁材料で形成するのが好ましく、絶縁ディスクを画定するほぼ環状である。発電装置（１０）のダイオード（３５）から飛び散る材料を封じ込める方法も提供される。この方法は、好ましくは、破片封じ込め手段（４０）を発電装置（１０）のダイオード（３５）に隣接してダイオード取り付け領域に枢動自在に連結するステップを含む。破片封じ込め手段（４０）は、絶縁材料で形成した少なくとも１つの破片封じ込め部材（４２、４７）を有する。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機業界に関連があり、さらに詳細には、発電機の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機業界において、発電機は励磁のために発電機に隣接して設けた励磁機を有する。従来より、これらの励磁機はそれぞれ２つの端子を有し非線形電圧−電流特性を示す１またはそれ以上の高電力ダイオードを備えている。ダイオードは、一般的に、一つの方向へは電流を通すが、もう一方の方向への電流の流れを阻止する。ダイオードは、例えば、電圧整流のために、また、交流から直流への変換を助けるために発電装置と共に使用することができる。かかるダイオードをブラシなし励磁機と共に用いる例は、Hughesの米国特許第５，０９３，５９７号（発明の名称：”Brushless Exciter SaturableReactor Diode Snubber”）及びTerry, Jr. et al.の米国特許第４，７４５，３１５号（発明の名称”Brushless Exciter With Zero-Gravity Rectifier Assembly”）にみることができる。また、ローター用のダイオードの一例は、Hussの米国特許第５，１９１，２４８号（発明の名称”Connection For Rotating Diode Package”）にみることができる。
【０００３】
しかしながら、発電装置内のダイオードは、経年劣化により、また突然の予期しない電圧の状態または他の電気的状態により、もしくはシステムの他の条件により、破裂するかまたは他の態様で損傷する可能性がある。破裂または他の態様による損傷時に、ダイオードの一部を形成する材料がダイオードから飛び散って、発電装置内で問題を発生させることがある（例えば、図４を参照）。これらの影響は、回転する整流器では特に問題である。例えば、金属製の電気接続部近くでダイオードの破裂により生じた溶けた材料が飛び散ると、例えば、ダイオードがブラシなし励磁機のダイオードホイールに取り付けられている場合にシステム内で相間アークを発生させることがある。
【発明の概要】
【０００４】
上記の点に鑑み、本発明は、ダイオードを支持するだけでなく、ダイオードから飛び散って近傍の発電装置及び他の電気装置に損傷を与える可能性のあるダイオード材料を封じ込める手段を備えた発電装置及びその関連方法を提供する。本発明はまた、ダイオードから飛び散る溶けた材料をその装置内に封じ込めるダイオード支持及び破片封じ込め手段を備えたブラシなし励磁機のような励磁機を提供する。
【０００５】
本発明は、さらに、点検、クリーニングまたは他の関連の保守のためにダイオードへ容易にアクセスできるようにダイオードに隣接して取り付けることができ、ダイオードの破裂時に飛び散る高温材料に耐え得る絶縁特性及び強度を有し、ダイオードが破裂するか他の態様で損傷した場合、発電装置の他の部分への損傷を食い止めるダイオード支持及び破片封じ込め手段を提供する。ダイオード支持及び破片封じ込め手段はまた、比較的低コストで、発電装置への搭載が容易であり、高電圧ダイオードのセラミックまたは絶縁ケーシングに支持を与える点で有利である。本発明はさらに、ダイオードが破裂するか他の態様で損傷する時、例えば、飛び散る溶けた材料のようなダイオード材料を封じ込める方法を提供する。
【０００６】
さらに詳説すると、発電機及び発電機励磁用励磁機を備えた発電装置が提供される。発電機は、好ましくはダイオードホイールを有する。ダイオードホイールは、回転する支持構造と、その構造に取り付けられた複数のダイオードと、各々が複数のダイオードに隣接してダイオードを支持し、ダイオードが破裂した場合にダイオードをその限界内に封じ込める複数のダイオード支持及び破片封じ込め手段とを有する。各ダイオード支持及び破片封じ込め手段は、好ましくは、ダイオードを挟んで離隔した一対の封じ込め部材を有する。
【０００７】
各封じ込め部材は、絶縁材料で形成するのが好ましく、絶縁ディスクを画定する実質的に環状である。絶縁材料は、ダイオードが接続された金属製電気接続部に接触する際にダイオードから飛び散る溶けた材料の温度に十分に耐えるだけの強度を備えるのが好ましい。この封じ込めにより、例えば、ブラシなし励磁機のダイオードホイールにおけるようなダイオード取り付け組立体における相間アークの発生が阻止される。
【０００８】
本発明はまた、発電装置のダイオードから飛び散る材料を封じ込める方法を提供する。この方法は、好ましくは、破片封じ込め手段を発電装置のダイオードに隣接してダイオード取り付け領域に枢動自在に連結するステップを有する。破片封じ込め手段は、絶縁材料で形成された少なくとも１つの破片封じ込め部材を有する。破片封じ込め部材を枢動自在に連結するステップは、好ましくは、少なくとも１つの破片封じ込め部材の少なくとも一方の端部をダイオードの一方の端部に隣接して配置し、少なくとも１つの破片封じ込め部材の別の端部をダイオードの別の端部に隣接して配置するステップを含む。少なくとも１つの破片封じ込め部材は、一対の破片封じ込め部材より成るようにすると有利である。各破片封じ込め部材は、絶縁ディスクを画定するようにほぼ環状である。
【実施例】
【０００９】
本発明を、好ましい実施例を示す添付図面を参照して以下に詳しく説明する。しかしながら、本発明は、多数の異なる実施例として実現可能であり、図示説明する実施例に限定されると解釈すべきでない。図示説明する実施例は、当業者にとって開示が完全であるように、また本発明の範囲を完全に伝えることができるように、提供されるものである。同一の参照番号は同一の部分を示し、ダッシュを１つまたは２つつけた表示が用いられる場合、それは別の実施例の同じ部分を示すものである。
【００１０】
図１は、発電機１５及びその発電機を励磁するための励磁機２０を有する発電装置１０を示す。当業者は、発電装置１０が２またはそれ以上の励磁機を備える場合があることがわかるであろう。例えばブラシなし励磁機のような各励磁機２０は、ダイオードホイール３０を備えるのが好ましい。ダイオードホイール３０は、回転支持構造３１、例えば、図２−３に示すようなダイオードモジュール３４（例えば、ホッケーのパック状）内の回転支持構造に取り付けられた複数のダイオード３５、及び各々が複数のダイオード３５に隣接してダイオードを支持し、ダイオードが破裂すると（図５を参照）ダイオードの材料、例えば、溶けた材料または他の破片をその限界内に封じ込める複数のダイオード支持及び破片封じ込め手段４０を有する。ダイオード支持及び破片封じ込め手段４０はまた、このように破裂した時にダイオードホイール３０及びその他のコンポーネントが損傷を受けないようにする。この手段４０はまた、ダイオード３５のセラミックまたは他の絶縁ケーシングを支持して、例えば遠心荷重により生じるダイオード接続部の機械的な変形を軽減する。特に、図１は、当業者であればわかるように、ブラシなし励磁機２０の他の部分も示すが、本発明は簡潔を期して主としてダイオードの封じ込めに焦点を当てているため、励磁機２０の他の部分については詳しく説明しない。
【００１１】
図２−３に示すように、各ダイオード支持及び破片封じ込め手段４０は、好ましくは、ダイオードを挟んで離隔した一対の封じ込め部材４２、２７を有する。各封じ込め部材４２、４７は、好ましくは、絶縁材料で形成され、絶縁ディスクを画定する実質的に環状である。当業者であればわかるように、各封じ込め部材４２、４７は、破片の封じ込め及びダイオードの支持がより必要とされるダイオード３５の端部だけを覆うように配置するのが好ましい。各封じ込め部材４２、４７の絶縁材料は、ダイオード３５が接続された金属製電気接続部と接触する時のようにダイオード３５から熱シンク３２の方へまたはそれを介してダイオードホイール３０のリード部材３３及び／または回転支持構造３１の方へ飛び散る溶けた材料の温度に耐えるに十分な強度を備えるのが好ましい。当業者であればわかるように、熱シンク３２及びダイオード３５は、熱シンク支持ストラップ３７、ボルトまたは他の締結具３８、隔離絶縁体３９及びスペーサー２９によりモジュール内に取り付けるのが好ましい。例えば、この封じ込めにより、ダイオードの取り付け組立体間での相間アークの発生が阻止される。
【００１２】
ダイオード支持及び破片封じ込め手段４０の各ディスク４２、４７は、強く耐久性のある絶縁材料で形成するのが好ましい。絶縁材料は、好ましくは、溶けた材料の温度に耐えることができ、ダイオード３５への電気的インターフェイスの近くでクリープ及びアークが発生しないようにする。ディスク４２、４７は、ダイオード３５の接続部の周りに僅かな遊び嵌め態様で取り付けて、ダイオード３５のセラミックまたは他の絶縁ケーシング上へ延びる（ここも僅かな遊び嵌め態様）ようにするのが好ましい。この手段４０はダイオード３５のセラミックケーシング３６上を、即ち、その端部上を延びるため（図２−５を参照）、ダイオード３５の損傷により飛び散る溶けた材料を全て封じ込める。この手段４０はまた、電気的接続部と干渉せず、この手段４０を回転させて、ダイオード３５及びダイオードがしばしば装着される熱シンク３２と硬く接触していないことを確かめるためのチェックまたは点検を行うことができる。あるいは、この手段４０を枢動自在にまたは回転自在に連結し、各ディスク４２、４７をダイオード３５の各側に配置するのが好ましい。
【００１３】
図１−５に示すように、本発明はまた、発電装置１０のダイオード３５から飛び散る材料を封じ込める方法を包含する。この方法は、好ましくは、破片封じ込め手段４０を発電装置１０のダイオード３５に隣接するダイオード取り付け領域に連結するステップを含む。ダイオード破片封じ込め手段４０は、好ましくは枢動自在に、さらに好ましくは回転自在に、ダイオード取り付け領域に連結されるが、この領域では、この手段４０の一方の端部が、ダイオード３５が接続される金属製電気接続部に隣接し、別の端部がダイオードケーシング３６の別の端部に隣接する。破片封じ込め手段４０は、絶縁材料で形成される少なくとも１つの破片封じ込め部材４２、４７を有する。破片封じ込め手段４０を連結するかまたは枢動自在に連結するステップは、少なくとも１つの破片封じ込め部材４２、４７の少なくとも１つの端部をダイオード３５の一方の端部に隣接して配置し、少なくとも１つの破片封じ込め部材４２、４７の別の端部をダイオード３５の別の端部に隣接して配置するステップを含むと有利である。
【００１４】
上述したように、この方法によると、少なくとも１つの破片封じ込め部材４２、４７は例えば、一対の離隔した破片封じ込め部材４２、４７を含むことができる。各破片封じ込め部材４２、４７は、好ましくは、絶縁ディスクを画定するように実質的に環状である。
【００１５】
本発明の多数の変形例及び他の実施例は、上記説明及び関連図面をみれば当業者に想到されるであろう。従って、本発明は図示説明した特定の実施例に限定されず、変形例及び他の実施例は頭書の特許請求の範囲に含まれると意図されていることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による励磁機及びダイオード支持及び破片封じ込め手段を備えた発電装置を示す側立面図である。
【図２】本発明によるダイオードに隣接配置したダイオード支持及び破片封じ込め手段の展開側立面図である。
【図３】本発明に従って各々が１つのダイオードに隣接配置された一対のダイオード支持及び破片封じ込め手段を有するダイオードモジュールの側立面図である。
【図４】従来技術においてダイオード破裂時におけるダイオード支持及び破片封じ込め手段のないダイオードを示す斜視図である。
【図５】本発明に従ってダイオード破裂時に溶けた材料及び他の粒状物質を限界内に封じ込めるダイオード支持及び破片封じ込め手段の斜視図である。

Claims (13)

1. 発電機と、
   発電機を励磁する励磁機とより成り、励磁機はダイオードホイールを有し、ダイオードホイールは回転支持構造と、支持構造に取り付けられた複数のダイオードと、各々が複数のダイオードにそれぞれ隣接してダイオードを支持し、ダイオードが破裂した場合ダイオードをその限界内に封じ込める複数のダイオード支持及び破片封じ込め手段とを有する発電装置。
2. 各ダイオード支持及び破片封じ込め手段は、ダイオードを挟んで離隔した一対の封じ込め部材を有し、各封じ込め部材は絶縁部材で形成されている請求項１の発電装置。
3. ダイオードホイールは、各々が１つのダイオードに接続された複数の金属製電気接続領域を有し、複数のダイオードはそれぞれ絶縁材料で形成されたケーシングを有し、一対の封じ込め部材のうち少なくとも一方はダイオードが接続された金属製電気接続領域に隣接して配置され、ダイオードのケーシングへ延びる請求項２の発電装置。
4. 一対の封じ込め部材はそれぞれ実質的に環状であって絶縁ディスクを画定し、各絶縁ディスクはダイオードへのアクセスを容易にするためダイオードホイールに枢動自在に連結されている請求項３の発電装置。
5. 発電装置の励磁機であって、
   回転支持構造と、
   支持構造に取り付けられたダイオードと、
   ダイオードを支持し、ダイオードが破裂した場合にダイオードをその限界内に封じ込めるように配置されたダイオード支持及び破片封じ込め手段とより成り、
   ダイオード支持及び破片封じ込め手段はダイオードを挟んで離隔した一対の封じ込め部材を有し、ダイオードは絶縁ケーシングを有し、一対の封じ込め部材はそれぞれ、ダイオードが導電部材に接続される金属製電気接続領域からダイオードの絶縁ケーシングへ延びるように配置されている発電装置の励磁機。
6. ダイオード支持及び破片封じ込め手段の一対の封じ込め部材はそれぞれ絶縁材料により形成されている請求項５の励磁機。
7. 一対の封じ込め部材はそれぞれほぼ環状であって絶縁ディスクを画定する請求項６の励磁機。
8. 発電装置のダイオード支持及び破片封じ込め手段であって、
   ダイオードを挟んで離隔した一対の封じ込め部材より成り、ダイオードは絶縁ケーシングを有し、一対の封じ込め部材はそれぞれダイオードを導電部材に接続すると、金属製電気接続領域からダイオードの絶縁ケーシングへ延びるように配置されたダイオード支持及び破片封じ込め手段。
9. 一対の封じ込め部材はそれぞれ絶縁材料により形成されている請求項８のダイオード支持及び破片封じ込め手段。
10. 一対の封じ込め部材はそれぞれほぼ環状であって絶縁ディスクを画定する請求項９のダイオード支持及び破片封じ込め手段。
11. 発電装置のダイオードから飛び散る材料を封じ込める方法であって、
    破片封じ込め手段を発電機のダイオードに隣接するダイオード取り付け領域に枢動自在に連結するステップより成り、破片封じ込め手段は絶縁材料で形成されて少なくとも１つの破片封じ込め部材を有する材料の封じ込め方法。
12. 枢動連結ステップは、少なくとも１つの破片封じ込め部材の少なくとも１つの端部をダイオードの一方の端部に隣接して配置し、少なくとも１つの破片封じ込め部材の別の端部をダイオードの別の端部に隣接して配置するステップを含む請求項１１の方法。
13. 少なくとも１つの破片封じ込め部材は一対の離隔した破片封じ込め部材を含み、各破片封じ込め部材はほぼ環状であるため絶縁ディスクを画定する請求項１２の方法。

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