JP2013165585A - 固定子コイル接続装置および回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】固定子コイルの端部間を接続する際の作業性を改善することができる固定子コイル接続装置を得ることにある。
【解決手段】固定子コイル接続装置は、液状の冷媒で冷却される複数の固定子コイルと、固定子コイルの端部に接合されたクリップと、クリップを介して固定子コイルの端部間に架け渡されたコイル接続部材と、を具備している。コイル接続部材は、冷媒が流れる導体管、導体管の両端部に設けられたジョイントおよびジョイントに設けられた固定具と、を含む。固定具は、クリップにねじ込むことでクリップとジョイントとの間を電気的に接続するとともに、ジョイントをクリップの接続口に固定する。導体管は、第１の端部、第２の端部および中間部を備えている。第１の端部、第２の端部および中間部は互いに一体に成形されているとともに、少なくとも中間部が可撓性を有するように構成されている。
【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、固定子コイルの端部の間を可撓性を有する導体で接続した固定子コイル接続装置および固定子コイル接続装置を備えた回転電機に関する。

例えばタービン発電機のような回転電機では、固定子コイルを構成するコイル素線の内部に冷却水を通すことで、固定子コイルを強制的に冷やす水直接冷却方式が採用されている。

固定子コイルは、固定子鉄心に設けられた複数のスロットに収納されている。スロットに収められた固定子コイルは、固定子鉄心の外に突出された端部を有している。固定子コイルの端部は、冷却水の流通を可能としつつ電気的に接続することが必要となる。

そのため、従来の回転電機では、固定子コイルの端部にクリップがろう付けされているとともに、クリップの間が配管を介して接続されている。配管は、Ｔ形、あるいはＬ形の複数の導体管、スリーブおよび口金のような複数の部品を相互に組み合わせることで構成されている。

実開平３−７００４２号公報

固定子コイルは、製造時に寸法公差および多少の組み立て誤差が生じるのを避けられない。寸法公差および組み立て誤差を吸収しつつクリップの間を配管で接続するためには、組み合わされる部品間の差し込み量を調整してから、部品を互いにろう付けすることが必要となる。

しかしながら、配管を複数の部品に分割するということは、ろう付け箇所の増大に繋がり、部品間のろう付け作業に多大な手間と労力を要することになる。さらに、ろう付け作業は、ろう付けされた部品間から冷却水が漏れないように、精密な管理の下で実行しなくてはならず、高度な技術および熟練が要求される。

本発明の目的は、固定子コイルの端部間を接続する際の作業性を改善することができ、冷媒の漏れを防止しつつ固定子コイルの間の電気的な接続を確実に行える固定子コイル接続装置および回転電機を得ることにある。

実施形態によれば、固定子コイル接続装置は、液状の冷媒で冷却される複数の固定子コイルと、前記固定子コイルの端部に接合されたクリップと、前記クリップを介して前記固定子コイルの端部間に架け渡されたコイル接続部材と、を具備している。

前記コイル接続部材は、前記冷媒が流れる導体管、前記導体管の両端部に設けられたジョイントおよび前記ジョイントに設けられた固定具と、を含んでいる。前記固定具は、前記クリップにねじ込むことで、前記クリップと前記ジョイントとの間を電気的に接続するとともに、前記ジョイントを前記クリップの接続口に固定する。前記導体管は、第１の端部、第２の端部および中間部を備えている。前記第１の端部、前記第２の端部および前記中間部は互いに一体に成形されているとともに、少なくとも前記中間部が可撓性を有するように構成されている。

第１の実施形態に係る回転電機の断面図。 第１の実施形態で用いるコイル接続部材の斜視図。 図１のＦ３の部分を拡大して示す側面図。 図３の中の矢印Ｆ４の方向から見たコイル接続部材の正面図。 第１の実施形態で用いるコイル接続部材を一部断面で示す側面図。 図３のＦ６−Ｆ６線に沿う断面図。 第２の実施形態において、コイル接続部材のジョイントとクリップとの接続部分の構造を示す断面図。 第３の実施形態において、クリップの接続口とコイル接続部材のジョイントとの間にＯリングおよび接触子を介在させた状態を示す断面図。 第４の実施形態において、固定子コイルの端部にクリップを介して導体管を接続した状態を示す側面図。 第５の実施形態において、固定子コイルの端部にクリップを介して水冷ケーブルを接続した状態を示す側面図。 図１０のＦ１１−Ｆ１１線に沿う断面図。 第６の実施形態において、固定子コイルの端部にクリップを介して水冷ケーブルを接続した状態を示す側面図。 図１２のＦ１３−Ｆ１３線に沿う断面図。 第７の実施形態において、ジョイントとクリップとの接続部分の構造を示す断面図。

［第１の実施形態］
以下、第１の実施形態について、図１ないし図６を参照して説明する。

図１は、例えばタービン発電機のような水直接冷却方式を採用した回転電機１を開示している。回転電機１は、フレーム２、回転子３および固定子４を主要な要素として備えている。

フレーム２は、中空の円筒形であり、水平に設置されている。フレーム２の軸方向に沿う一端は、第１の端板５ａで塞がれている。同様に、フレーム２の軸方向に沿う他端は、第２の端板５ｂで塞がれている。

回転子３は、フレーム２の内部に同軸状に収容されている。回転子３は、回転中心Ｃ１を通る水平な回転軸６を有している。回転軸６は、一対の軸受７ａ，７ｂを介して第１の端板５ａおよび第２の端板５ｂに支持されている。

固定子４は、フレーム２の内部に収容されて、回転子３を同軸状に取り囲んでいる。固定子４は、円筒形の固定子鉄心９を備えている。固定子鉄心９は、複数の電磁鋼板１０を回転子３の軸方向に積層することで構成されている。

さらに、複数のスロット１１が固定子鉄心９の内周面に形成されている。スロット１１は、固定子鉄心９の軸方向に延びているとともに、固定子鉄心９の周方向に互いに間隔を存して並んでいる。

複数の固定子コイル１２がスロット１１に収納されている。固定子コイル１２は、例えば純水のような液状の冷媒により強制的に冷却される要素であって、夫々上コイル１３および下コイル１４を備えている。上コイル１３および下コイル１４は、スロット１１の内部で固定子鉄心９の径方向に積層されているとともに、図示しない楔によりスロット１１に保持されている。

図３に示すように、上コイル１３および下コイル１４は、夫々複数本のコイル素線１６を束ねることで構成されている。コイル素線１６は、冷媒が流れる中空の素線および冷媒の流れから外れた非中空の素線を含んでいる。

図１に示すように、上コイル１３および下コイル１４は、固定子鉄心９の軸方向に延びる真っ直ぐな棒状である。上コイル１３は、一対の端部１３ａ，１３ｂを有している。端部１３ａ，１３ｂは、固定子鉄心９の軸方向に互いに離れているとともに、固定子鉄心９の外に突出されている。同様に、下コイル１４は、一対の端部１４ａ，１４ｂを有している。端部１４ａ，１４ｂは、固定子鉄心９の軸方向に互いに離れているとともに、固定子鉄心９の外に突出されている。

上コイル１３の端部１３ａ，１３ｂおよび下コイル１４の端部１４ａ，１４ｂに夫々銅製のクリップ１８が設けられている。クリップ１８は、共通の構成を有するため、上コイル１３の端部１３ａおよび下コイル１４の端部１４ａに設けられたクリップ１８を代表して説明する。

図２および図３に示すように、クリップ１８は、クリップ本体１９およびクリップカバー２０を備えている。クリップ本体１９は、四角い箱形であり、隣り合う二面に連続して開口されたコイル導入口２１を有している。上コイル１３の端部１３ａおよび下コイル１４の端部１４ａは、コイル導入口２１からクリップ本体１９の内部に挿入されている。

クリップカバー２０は、上コイル１３の端部１３ａおよび下コイル１４の端部１４ａが挿入されたコイル導入口２１の一部を塞ぐように、クリップ本体１９に組み合わされている。上コイル１３の端部１３ａおよび下コイル１４の端部１４ａは、クリップカバー２０と一緒にクリップ本体１９にろう付けにより接合されて、クリップ１８と一体化されている。

この結果、クリップ１８が上コイル１３および下コイル１４に電気的に接続されているとともに、図６に示すようにクリップ本体１９の内部に上コイル１３の端部１３ａおよび下コイル１４の端部１４ａが液密に連通された冷媒室２２が形成されている。

図６に示すように、円筒状の接続口２３がクリップ本体１９に形成されている。接続口２３は、上コイル１３の端部１３ａおよび下コイル１４の端部１４ａとは反対側に向けて突出されている。接続口２３の外周面には、雄ねじ部２４が形成されている。

嵌合孔２５が接続口２３の内部に同軸状に形成されている。嵌合孔２５は、第１の開口端２５ａおよび第２の開口端２５ｂを有している。第１の開口端２５ａは、接続口２３の突出端となる先端面に開口されている。第２の開口端２５ｂは、冷媒室２２に開口されて、上コイル１３の端部１３ａおよび下コイル１４の端部１４ａに連通されている。

さらに、嵌合孔２５は、第１の部分２６ａおよび第２の部分２６ｂを有している。第１の部分２６ａは、嵌合孔２５の軸方向に沿う中間部から第１の開口端２５ａに至る領域であり、その内径が一定となっている。第２の部分２６ｂは、嵌合孔２５の軸方向に沿う中間部から第２の開口端２５ｂに至る領域であり、第１の部分２６ａに同軸状に連通されている。第２の部分２６ｂは、第２の開口端２５ｂに向けて口径が連続的に減少するようなテーパ状に形成されている。このため、第２の部分２６ｂの内周面は、接続口２３の軸線に対し傾斜された第１のテーパ面２７となっている。

図１に示すように、スロット１１に収納された上コイル１３の端部１３ａ，１３ｂと、他のスロット１１に収納された下コイル１４の端部１４ａ，１４ｂとの間は、夫々コイル接続部材３０を介して接続されている。コイル接続部材３０は、共通の構成を有するので、上コイル１３の端部１３ａと下コイル１４の端部１４ａとの接続箇所を代表して説明する。

図２ないし図５に示すように、コイル接続部材３０は、導体管３１、一対のジョイント３２ａ，３２ｂおよび一対の固定ナット３３ａ，３３ｂを備えている。

導体管３１は、例えば導電性に優れた銅のパイプで構成されている。導体管３１は、第１の端部３４、第２の端部３５および中間部３６を有する一体構造物であって、上コイル１３の端部１３ａと下コイル１４の端部１４ａとの間を滑らかな円弧を描いて結ぶように湾曲されている。さらに、導体管３１は、第１の端部３４から中間部３６を経て第２の端部３５に至る連続した冷媒通路３７を構成している。

第１の端部３４は、導体管３１の一端に位置されている。第２の端部３５は、第１の端部３４の反対側である導体管３１の他端に位置されている。中間部３６は、第１の端部３４と第２の端部３５との間に跨るように円弧状に湾曲されている。

本実施形態によると、中間部３６の外径Ｄ１は、第１および第２の端部３４，３５の外径Ｄ２よりも小さくなっている。この結果、中間部３６は、第１および第２の端部３４，３５よりも細く仕上げられて、任意な方向に自由に曲げることができる可撓性を有している。

ジョイント３２ａ，３２ｂは、クリップ１８の接続口２３に接続される要素であり、例えば導電性に優れた銅で構成されている。ジョイント３２ａ，３２ｂは、導体管３１の第１の端部３４および第２の端部３５と同等の外径を有する真っ直ぐな円筒形であり、内部に冷媒流路３８を備えている。

ジョイント３２ａ，３２ｂは、導体管３１の第１の端部３４の端面および導体管３１の第２の端部３５の端面にろう付け等の手段により同軸状に接合されている。この接合により、ジョイント３２ａ，３２ｂが導体管３１に電気的に接続されているとともに、冷媒通路３８が導体管３１の冷媒通路３７に液密に接続されている。

図５および図６に示すように、ジョイント３２ａ，３２ｂの外周面に夫々フランジ部４０が形成されている。フランジ部４０は、ジョイント３２ａ，３２ｂの軸方向に沿う中間部に位置されている。フランジ部４０は、ジョイント３２ａ，３２ｂの周方向に連続するとともに、ジョイント３２ａ，３２ｂの外周面から張り出している。

図５および図６に示すように、ジョイント３２ａ，３２ｂは、夫々挿入部４１を有している。挿入部４１は、接続口２３の嵌合孔２５に挿入される要素であり、導体管３１から離れたジョイント３２ａ，３２ｂの先端に位置されている。

図６に示すように、挿入部４１は、接続口２３の第１の部分２６ａに位置される第１の外周部４２ａと、接続口２３の第２の部分２６ｂに位置される第２の外周部４２ｂと、を有している。第１の外周部４２ａは、外径が一定であるとともに、第１の外周部４２ａの外周面に周方向に連続する溝４３が形成されている。

溝４３にＯリング４４が保持されている。Ｏリング４４は、嵌合孔２５の第１の部分２６ａの内周面に接することで、挿入部４１と接続口２３との間を液密にシールする。

第２の外周部４２ｂは、挿入部４１の先端に向けて外径が連続して減少するようなテーパ状に形成されている。このため、第２の外周部４２ｂの外周面は、嵌合孔２５の第１のテーパ面２７に沿うように傾斜された第２のテーパ面４５となっている。

本実施形態では、挿入部４１の第２のテーパ面４５の上にコニカルシール４６が被せられている。コニカルシール４６は、シール部材の一例であるとともに、導電性に優れた導体で構成されている。コニカルシール４６は、コニカルシール４６は、第１のテーパ面２７と第２のテーパ面４５との間に介在されて、挿入部４１と接続口２３との間を液密にシールするとともに、クリップ１８とジョイント３２ａ，３２ｂとの間を電気的に導通させる。

前記固定ナット３３ａ，３３ｂは、固定具の一例であって、ジョイント３２ａ，３２ｂの外周面の上に装着されている。固定ナット３３ａ，３３ｂは、互いに共通の構成を有するので、一方の固定ナット３３ａを代表して説明する。

図６に示すように、固定ナット３３ａは、雌ねじ部４８と押圧部４９とを有している。雌ねじ部４８は、クリップ１８の雄ねじ部２４にねじ込まれる要素であって、ジョイント３２ａのフランジ部４０および挿入部４１を取り囲んでいる。押圧部４９は、固定ナット３３ａの一端に位置されているとともに、雌ねじ部４８よりも内側に向けてフランジ状に張り出している。

押圧部４９は、固定ナット３３ａの雌ねじ部４８をクリップ１８の雄ねじ部２４にねじ込んだ時にフランジ部４０に突き当たる。これにより、ジョイント部３２ａの挿入部４１が嵌合孔２５に押し込まれるとともに、挿入部４１の第２のテーパ面４５がコニカルシール４６を介して開口端２５ｂに突き当たる。

固定ナット３３ａ，３３ｂは、ジョイント３２ａ，３２ｂを導体管３１の第１および第２の端部３４，３５にろう付けする以前に、ジョイント３２ａ，３２ｂの外周面の上に装着される。

図３に示すように、コイル接続部材３０の一方のジョイント３２ａに冷媒注入口５０が接続されている。冷媒注入口５０は、冷媒流路３８に連通されているとともに、分配管を介して冷媒供給源に接続されている。

さらに、図１に示すように、上コイル１３の端部１３ｂと下コイル１４の端部１４ｂとの間を接続するコイル接続部材３０のジョイント３２ａには、冷媒排出口５１が接続されている。

次に、コイル接続部材３０を用いて上コイル１３の端部１３ａと下コイル１４の端部１４ａとの間を接続する作業手順の一例について説明する。

図２ないし図６に示すように、コイル接続部材３０のジョイント３２ａ，３２ｂを上コイル１３のクリップ１８および下コイル１４のクリップ１８に接続するに際して、ジョイント３２ａ，３２ｂの挿入部４１の第２の外周部４２ｂに夫々コニカルシール４６を被せる。

この状態で、上下のコイルのクリップ１８の嵌合孔２５にジョイント３２ａ，３２ｂの挿入部４１を挿入する。この時、例えばコイルの寸法公差および組立誤差等により嵌合孔２５に挿入部４１を挿入できない場合は、上下のコイルのクリップ１８の位置に対応するように導体管３１の中間部３６の曲がり具合を調節した後、ジョイント３２ａ，３２ｂの挿入部４１をクリップ１８の嵌合孔２５に挿入する。

引き続いて、ジョイント３２ａ，３２ｂの外周面上に装着された固定ナット３３ａ，３３ｂを接続口２３の雄ねじ部２４にねじ込むことで、ジョイント３２ａ，３２ｂを上下のコイルのクリップ１８に仮止めする。

ジョイント３２ａ，３２ｂの挿入部４１を接続口２３の嵌合孔２５に挿入すると、嵌合孔２５の第２の部分２６ｂと挿入部４１の第２の外周部４２ｂとの間にコニカルシール４６が介在される。

この後、固定ナット３３ａ，３３ｂを締め付ける。この締め付けにより、固定ナット３３ａ，３３ｂの押圧部４９がジョイント３２ａ，３２ｂのフランジ部４０に突き当たり、挿入部４１が嵌合孔２５に押し込まれる。

この結果、コニカルシール４６が嵌合孔２５の第２の部分２６ｂと挿入部４１の第２の外周部４２ｂとの間で挟み込まれて、嵌合孔２５の第１のテーパ面２７および挿入部４１の第２のテーパ面４５に対し隙間なく密着する。

さらに、挿入部４１に保持されたＯリング４４が嵌合孔２５の第１の部分２６ａの内周面と溝４３の内面との間で押し潰されて、第１の部分２６ａの内周面および溝４３の内面に隙間なく密着する。

このことにより、コイル接続部材３０のジョイント３２ａ，３２ｂと固定子コイル１２のクリップ１８との間が電気的に接続されるとともに、挿入部４１がクリップ１８の嵌合孔２５を液密にシールした状態でクリップ１８の接続口２３に固定される。

第１の実施形態によると、固定子コイル１２に生じた電流は、クリップ１８に流れるとともに、クリップ１８の接続口２３とコイル接続部材３０のジョイント３２ａ，３２ｂとの接続部分を通じて導体管３１に流れる。

したがって、固定子鉄心９のスロット１１に収納された複数の固定子コイル１２は、複数のコイル接続部材３０を介して互いに電気的に接続された状態に維持される。

一方、液状の冷媒は、冷媒供給源から分配管を経てコイル接続部材３０の冷媒注入口５０に供給される。冷媒注入口５０に供給された冷媒は、一方のジョイント３２ａの冷媒流路３８からクリップ１８の冷媒室２２を通って下コイル１４の端部１４ａに導かれるとともに、下コイル１４の中空のコイル素線１６を通過する。

さらに、冷媒注入口５０に供給された冷媒は、一方のジョイント３２ａの冷媒流路３８から導体管３１を経て他方のジョイント３２ｂの冷媒流路３８に導かれる。冷媒流路３８に導かれた冷媒は、クリップ１８の冷媒室２２を通って上コイル１３の端部１３ａに導かれるとともに、上コイル１３の中空のコイル素線１６を通過する。

下コイル１４のコイル素線１６および上コイル１３のコイル素線１６を通過した冷媒は、下コイル１４の端部１４ｂおよび上コイル１３の端部１３ｂからクリップ１８を経てコイル接続部材３０に流入するとともに、冷媒排出口５１を通じて固定子４の外に排出される。

したがって、固定子コイル１２が中空のコイル素線１６を通過する冷媒によって強制的に冷却され、固定子４の過熱を防止することができる。

第１の実施形態では、クリップ１８に接続されたジョイント３２ａ，３２ｂの間を結ぶ導体管３１の中間部３６が可撓性を有している。このため、固定子コイル１２の製造時に生じた寸法公差あるいは多少の組み立て誤差に伴って、上コイル１３の端部１３ａ，１３ｂと下コイル１４の端部１４ａ，１４ｂとの間の位置関係にばらつきが生じていても、導体管３１の中間部３６が撓むことでばらつきを吸収できる。

言い換えると、ジョイント３２ａ，３２ｂの挿入部４１をクリップ１８の嵌合孔２５に挿入する際に、作業者が導体管３１のフレキシブルな中間部３６の曲がり具合を手作業で調整することにより、挿入部４１を嵌合孔２５に合致させることができる。したがって、挿入部４１をクリップ１８の嵌合孔２５に挿入する作業を容易に行うことができる。

さらに、コイル接続部材３０は、導体管３１とジョイント３２ａ，３２ｂとの三つの要素で構成すればよく、コイル接続部材３０の部品点数およびろう付け箇所を減らすことができる。

加えて、ジョイント３２ａ，３２ｂの挿入部４１は、固定ナット３３ａ，３３ｂをクリップ１８の雄ねじ部２４にねじ込むことで、クリップ１８に電気的かつ液密に接続される。このため、コイル接続部材３０とクリップ１８との接続部分からろう付け箇所を排除することができる。よって、コイル接続部材３０をクリップ１８に接続するに際して、ろう付けのような高度な技術や熟練が求められる作業を要しない。

以上のことからコイル接続部材３０をクリップ１８に簡単に接続することが可能となり、その分、作業性が改善されて、固定子４の組み立て作業に要する時間を短縮できる。

第１の実施形態では、固定ナット３３ａ，３３ｂを締め付けると、コニカルシール４６がクリップ１８の第１のテーパ面２７およびジョイント３２ａ，３２ｂの第２のテーパ面４５に対し隙間なくしっかりと密着する。これにより、ジョイント３２ａ，３２ｂとクリップ１８との間の電気的な接続状態が維持されるとともに、第１のテーパ面２７と第２のテーパ面４５との間のシール性能を高めることができる。

加えて、Ｏリング４４が挿入部４１の外周面と溝４３の内面との間で押し潰されて、挿入部４１とクリップ１８との間を液密にシールする。

したがって、挿入部４１とクリップ１８との接続部分からの冷媒の漏れを防止することができ、信頼性が向上する。

第１の実施形態では、導体管３１の中間部３６に可撓性を付与したが、導体管３１の第１の端部３４および第２の端部３５も可撓性を有するように構成してもよい。

[第２の実施形態]
図７は、第２の実施形態を開示している。第２の実施形態は、クリップ１８の嵌合孔２５の形状およびジョイント３２ａ，３２ｂの挿入部４１の形状が第１の実施形態と相違している。それ以外の構成は第１の実施形態と同様である。そのため、第２の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

図７に示すように、嵌合孔２５の第２の部分２６ｂは、第２の開口端２５ｂに向けて口径が連続的に減少するような球面状に形成されている。このため、第２の部分２６ｂの内周面は、接続口２３の軸線と同軸の第１の球面６１となっている。

一方、挿入部４１の第２の外周部４２ｂは、挿入部４１の先端に向けて外径が逐次減少するような球面状に形成されている。このため、第２の外周部４２ｂの外周面は、接続口２５の第１の球面６１に沿うように湾曲された第２の球面６２となっている。

第２の実施形態において、ジョイント３２ａの挿入部４１を接続口２３の嵌合孔２５に挿入した後、固定ナット３３ａを締め付けると、ジョイント３２ａが嵌合孔２５に押し込まれる。この押し込みにより、挿入部４１の第２の球面６２が接続口２５の第１の球面６１に対し隙間なくしっかりと密着する。

この結果、ジョイント３２ａとクリップ１８との間の電気的な接続を確実に行えるとともに、嵌合孔２５と挿入部４１との間のシール性能を高めて、冷媒の漏れを防止することができる。

第２の実施形態では、嵌合孔２５の第１の球面６１に挿入部４１の第２の球面６２を直接押し付けるようにしたが、例えば第１の球面６１と第２の球面６２との間に第１の実施形態と同様のコニカルシール４６を介在させてもよい。コニカルシール４６は、固定ナット３３ａを締め付けた時に第１の球面６１と第２の球面６２との間で圧縮されて、第１および第２の球面６１，６２に隙間なく密着する。

したがって、嵌合孔２５と挿入部４１との間のシール性能をより一層高めることが可能となる。

[第３の実施形態]
図８は、第３の実施形態を開示している。第３の実施形態は、第１の実施形態および第２の実施形態をさらに発展させたものである。

具体的には、第３の実施形態では、帯状の接触子７１が挿入部４１の第１の外周部４２ａの上に巻き付けられている。接触子７１は、例えば銅合金で構成されているとともに、弾性変形が可能な複数の片部７２を有している。接触子７１としては、例えばマルチラム（登録商標）を用いることが好ましい。

図８に示すように、接触子７１は、挿入部４１の第１の外周部４２ａと嵌合孔２５の第１の部分２６ａとの間に圧縮状態で介在されて、片部７２の縁が挿入部４１の第１の外周部４２ａの外周面および嵌合孔２５の第１の部分２６ａの内周面に対し一定の弾力で多面的に接している。

第３の実施形態によると、接触子７１の片部７２が一定の弾力で挿入部４１の外周面および嵌合孔２５の内周面に接触し続けるので、ジョイント３２ａと接続口２３との間の電気的な接続が確実となる。

しかも、例えば挿入部４１が嵌合孔２５に対し僅かに傾いて挿入されて、挿入部４１の外周面と嵌合孔２５の内周面との間に局所的に隙間が生じた場合でも、接触子７１が有する複数の片部７２によって挿入部４１と接続口２３との間の通電を確保できる。このため、挿入部４１と接続口２３との間の接続部に生じる接触抵抗を低減することができ、局所的に電流密度が高くなるのを防止できる。

[第４の実施形態]
図９は、第４の実施形態を開示している。第４の実施形態は、上コイル１３のクリップ１８と下コイル１４のクリップ１８との間を一本の導体管８１で接続した点が第１の実施形態と相違している。

図９に示すように、導体管８１は、一対のジョイント８２ａ，８２ｂおよび中間部８３を有する一体構造物であり、例えば導電性に優れた銅のパイプで構成されている。ジョイント８２ａ，８２ｂは、前記第１の実施形態のジョイント３２ａ，３２ｂと同じ構成を有するため、前記ジョイント３２ａ，３２ｂと同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

ジョイント８２ａ，８２ｂは、真っ直ぐな円筒状であって、フランジ部４０および挿入部４１を有している。さらに、クリップ１８の接続口２３にねじ込まれる固定ナット３３ａ，３３ｂがジョイント８２ａ，８２ｂの外周面上に装着されている。

中間部８３は、ジョイント８２ａ，８２ｂの間を結んでいる。中間部８３は、導体管８１の素材となる銅のパイプを蛇腹状に加工することにより構成され、任意な方向に自由に曲げることができる可撓性を有している。言い換えると、導体管８１は、軸方向に沿う両端部がストレートな円筒状で、その他の部分が多数の襞を有する蛇腹状の可撓管で構成されている。

したがって、導体管８１の中間部８３は、上コイル１３の端部１３ａと下コイル１４の端部１４ａとの間を滑らかな円弧を描いて結ぶように湾曲されている。

第４の実施形態によると、導体管８１の中間部８３が可撓性を有する蛇腹状に形成されている。このため、固定子コイル１２の寸法公差あるいは組み立て誤差により上コイル１３の端部１３ａ，１３ｂと下コイル１４の端部１４ａ，１４ｂとの間の位置関係にばらつきが生じたとしても、作業者が中間部８３の曲げ形状を調整することで、ジョイント３２ａ，３２ｂの挿入部４１をクリップ１８の嵌合孔２５に容易に挿入することができる。

さらに、導体管８１は、一体構造物であるので、導体管８１からろう付け箇所を排除することができ、ろう付けのような高度な技術や熟練が求められる作業を要しない。

よって、導体管８１をクリップ１８に簡単に接続することが可能となり、その分、作業性が改善されて、固定子の組み立て作業に要する時間を短縮できる。

[第５の実施形態]
図１０および図１１は、第５の実施形態を開示している。第５の実施形態は、上コイル１３のクリップ１８と下コイル１４のクリップ１８との間を水冷ケーブル９１で接続した点が第１の実施形態と相違しており、それ以外の構成は第１の実施形態と同様である。このため、第５の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

図１０に示すように、水冷ケーブル９１は、一対のケーブル端子９２ａ，９２ｂ、絶縁ホース９３および導体９４を備えている。

ケーブル端子９２ａ，９２ｂは、前記第１の実施形態のジョイント３２ａ，３２ｂと同じ構成を有するため、前記ジョイント３２ａ，３２ｂと同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

ケーブル端子９２ａ，９２ｂは、真っ直ぐな円筒状であって、フランジ部４０および挿入部４１を有している。さらに、クリップ１８にねじ込まれる固定ナット３３ａ，３３ｂがケーブル端子９２ａ，９２ｂの外周面上に装着されている。

絶縁ホース９３は、外管の一例である。絶縁ホース９３は、例えば耐摩耗性、耐水性に優れたゴム状弾性体で構成され、任意な方向に自由に曲げることができる可撓性を有している。絶縁ホース９３の一端は、一方のケーブル端子９２ａの端部にバンド９６ａで固定されている。絶縁ホース９３の他端は、他方のケーブル端子９２ｂの端部にバンド９６ｂで固定されている。そのため、ケーブル端子９２ａ，９２ｂの内部の冷媒流路３８は、絶縁ホース９３に連通されている。

図１１に示すように、導体９４は、芯材９７および複数の導線９８を備えている。芯材９７は、例えば耐摩耗性、耐水性に優れた柔軟なゴム状弾性体で構成されている。芯材９７は、絶縁ホース９３の略全長に亘る長さを有している。

導線９８としては、例えば導電性に優れた軟銅線を用いている。導線９８は、芯材９７の外周面に撚り合わされて、芯材９７を覆っている。導線９８の両端部は、例えば溶接等の手段によりケーブル端子９２ａ，９２ｂに電気的に接続されている。

さらに、導体９４は、絶縁ホース９３の内側に同軸状に挿通されている。これにより、導線９８と絶縁ホース９３の内面との間、および導線９８と芯材９７との間に、冷媒が流れる冷媒通路９９が形成されている。冷媒通路９９は、ケーブル端子９２ａ，９２ｂの冷媒流路３８に連通されている。

第５の実施形態によると、水冷ケーブル９１のケーブル端子９２ａ，９２ｂは、絶縁ホース９３の内側を通る導体９４により互いに電気的に接続されている。水冷ケーブル９１の一方のケーブル端子９２ａは、下コイル１４のクリップ１８に固定ナット３３ａを介して固定され、ケーブル端子９２ａの挿入部４１がクリップ１８に電気的に接続されている。同様に、水冷ケーブル９１の他方のケーブル端子９２ｂは、上コイル１３のクリップ１８に固定ナット３３ｂを介して固定され、ケーブル端子９２ｂの挿入部４１がクリップ１８に電気的に接続されている。

固定子コイルに生じた電流は、クリップ１８に流れるとともに、クリップ１８とケーブル端子９２ａ，９２ｂとの接続部分を通じて水冷ケーブル９１の導体９４に流れる。

この結果、固定子鉄心のスロットに収納された複数の固定子コイルは、複数の水冷ケーブル９１を介して互いに電気的に接続された状態に維持される。

一方、液状の冷媒は、冷媒供給源から分配管を経て水冷ケーブル９１の冷媒注入口５０に供給される。冷媒注入口５０に供給された冷媒は、一方のケーブル端子９２ａの冷媒流路３８からクリップ１８を通って下コイル１４の端部１４ａに導かれるとともに、下コイル１４の中空のコイル素線１６を通過する。

さらに、冷媒注入口５０に供給された冷媒は、一方のケーブル端子９２ａの冷媒流路３８から絶縁ホース９３の内側の冷媒通路９９に導かれて、導体９４を直接冷却する。それとともに、冷媒は、冷媒通路９９を通って他方のケーブル端子９２ｂの冷媒流路３８に導かれる。冷媒流路３８に導かれた冷媒は、クリップ１８を通って上コイル１３の端部１３ａに導かれるとともに、上コイル１３の中空のコイル素線１６を通過する。

したがって、固定子コイル１２が中空のコイル素線１６を通過する冷媒によって強制的に冷却される。

第５の実施形態によると、上コイル１３の端部１３ａと下コイル１４の端部１４ａとの間が可撓性を有する水冷ケーブル９１で接続されている。このため、固定子コイルの寸法公差あるいは組み立て誤差により上コイル１３の端部１３ａと下コイル１４の端部１４ａとの間の位置関係にばらつきが生じたとしても、作業者が水冷ケーブル９１の絶縁ホース９３の曲げ形状を調整することで、ケーブル端子９２ａ，９２ｂの挿入部４１をクリップ１８に容易に接続することができる。

よって、複数の固定子コイルの接続作業を簡単に行うことができ、その分、作業性が改善されて、固定子の組み立て作業に要する時間を短縮できる。

[第６の実施形態]
図１２および図１３は、第６の実施形態を開示している。第６の実施形態は、第５の実施形態で用いたゴム製の絶縁ホースに代えて、金属製の外管１０１を用いたものであり、それ以外の構成は第５の実施形態と同様である。そのため、第６の実施形態において、第５の実施形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

図１２に示すように、水冷ケーブル９１の外管１０１は、可撓性を付与するために蛇腹状に形成されている。これにより、外管１０１は、任意な方向に自由に曲げることができる。外管１０１の両端部は、例えば溶接等の手段によりケーブル端子９２ａ，９２ｂに固定されている。外管１０１としては、例えばステンレス管を用いることが望ましい。

さらに、水冷ケーブル９１の導体９４は、外管１０１の内側に同軸状に挿通されて、外管１０１の内側の冷媒通路９９を流れる冷媒によって直接冷却される。

第６の実施形態によると、水冷ケーブル９１の外管１０１としてステンレス管を用いているので、ゴム製の絶縁ホースに比べて外管１０１の耐食性が向上する。このため、外管１０１が経年的に劣化し難くなり、信頼性が向上する。

しかも、外管１０１は、可撓性を付与するため蛇腹状に形成されている。これにより、固定子コイルの寸法公差あるいは組み立て誤差により上コイル１３の端部１３ａと下コイル１４の端部１４ａとの間の位置関係にばらつきが生じたとしても、作業者が水冷ケーブル９１の外管１０１の曲げ形状を調整することで、ケーブル端子９２ａ，９２ｂの挿入部４１をクリップ１８に容易に接続することができる。

よって、複数の固定子コイルの接続作業を簡単に行うことができ、その分、作業性が改善されて、固定子の組み立て作業に要する時間を短縮できる。

さらに、ゴム製の絶縁ホースに代えてステンレス製の外管１０１を用いることで、外管１０１とケーブル端子９２ａ，９２ｂとの間を溶接により直接固定することができる。このため、外管１０１とケーブル端子９２ａ，９２ｂとの接続箇所からの冷媒の漏れを無くす点で好都合となる。

[第７の実施形態]
図１４は、第７の実施形態を開示している。第７の実施形態は、前記第１の実施形態のジョイント３２ａをクリップ１８の接続口２３に固定するための構成が第１の実施形態と相違しており、それ以外の構成は第１の実施形態と同様である。このため、第７の実施形態において、第１の実施形態と同一の構成部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

図１４に示すように、ジョイント３２ａは、ロックナット装置１１０を用いてクリップ１８の接続口２３に固定されている。ロックナット装置１１０は固定具の一例であって、第１のナット１１１および第２のナット１１２を備えている。

第１のナット１１１は、接続口２３の雄ねじ部２４にねじ込まれている。第１のナット１１１は、リング状の凸部１１３および押圧部４９を有している。凸部１１３は、第１のナット１１１の一端からクリップ１８の反対側に向けて突出されている。凸部１１３は、第１のナット１１１の軸線に対し偏心するように、第１のナット１１１の周方向に連続して設けられている。凸部１１３の外周面１１３ａは、楔状に傾斜された傾斜面となっている。

第２のナット１１２は、ジョイント３２ａの外周面に形成した雄ねじ部１１６にねじ込まれている。第２のナット１１２は、リング状の凹部１１７を有している。凹部１１７は、第１のナット１１１の凸部１１３が入り込む要素である。凹部１１７は、第２のナット１１２の軸線に対し同軸状に位置するように、第２のナット１１２の端面から凹んでいる。凹部１１７の内周面１１７ａは、凸部１１３の外周面１１３ａに沿うように傾斜された傾斜面となっている。このため、第１のナット１１１の凸部１１３と第２のナット１１２の凹部１１７とは、互いに偏心した位置関係に保たれている。

第７の実施形態によると、ロックナット装置１１０の第１のナット１１１は、ジョイント３２ａの挿入部４１がクリップ１８の嵌合孔２５に挿入された状態で接続口２３の雄ねじ部２４にねじ込まれる。

第１のナット１１１を締め付けた状態で第２のナット１１２をさらに締め付けていくと、第２のナット１１２が第１のナット１１１に向けて進出し、第１のナット１１１の凸部１１３が第２のナット１１２の凹部１１７に入り込む。

第１のナット１１１の凸部１１３は、第２のナット１１２の凹部１１７に対し偏心しているので、凹部１１７の内周面１１７ａが凸部１１３の外周面１１３ａに押し付けられる。これにより、凹部１１７の内周面１１７ａが凸部１１３の外周面１１３ａに食い込む楔としての作用が第２のナット１１２から第１のナット１１１に働く。

よって、第１および第２のナット１１１，１１２の緩み止めがなされ、ジョイント３２ａをクリップ１８の接続口２３に強固に固定することができる。

回転電機では、固定子の組み立てが完了した後、固定子コイルの端部を絶縁被膜で被覆しているので、回転電機が運転を開始した以降は、絶縁被膜を剥がさない限り、固定子コイルの端部の点検を実行することができない。このため、長期に亘り回転電機の運転に伴う振動を受ける過酷な環境の下でジョイント３２ａが緩まない状況を維持することは、回転電機の信頼性を確保する上で非常に重要となる。

したがって、第７の実施形態にように、第２のナット１１２から第１のナット１１１に働く楔作用を利用して第１のナット１１１の緩み止めを実行することで、ジョイント３２ａをクリップ１８に強固に固定された状態を継続することができる。

よって、ジョイント３２ａとクリップ１８との接続部分の耐震性を高めることができ、振動に強く信頼性が高い回転電機を提供することができる。

第７の実施形態のロックナット装置は、例えば第４の実施形態に開示された導体管のジョイント８１に組み合わせて使用したり、あるいは第５および第６の実施形態の水冷ケーブル９１のケーブル端子に組み合わせて使用することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

９…固定子鉄心、１２…固定子コイル、１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ…端部、１６…コイル素線、１８…クリップ、２３…接続口、３０…コイル接続部材、３１，８１…導体管、３２ａ，３２ｂ…ジョイント、３３ａ，３３ｂ，１１０…固定具（固定ナット、ロックナット装置）、３４…第１の端部、３５…第２の端部、３６…中間部、９１…ケーブル（水冷ケーブル）、９２ａ，９２ｂ…ケーブル端子、９３，１０１…外管（絶縁ホース）、９４…導体。

Claims (16)

1. 複数のコイル素線を束ねて構成され、前記コイル素線の内部を通過する液状の冷媒で冷却されるとともに、固定子鉄心の外に突出された端部を有する複数の固定子コイルと、
   前記固定子コイルの前記端部を覆うように前記端部に接合され、前記固定子コイルに電気的に接続されるとともに、前記固定子コイルの前記端部に連通された接続口を有するクリップと、
   前記クリップを介して前記固定子コイルの前記端部の間を接続するコイル接続部材と、を備えた固定子コイル接続装置であって、
   前記コイル接続部材は、
   前記冷媒が流れる導体管と、
   前記導体管の軸方向に沿う両端部に設けられ、前記クリップの前記接続口に挿入されるとともに前記冷媒が流れるジョイントと、
   前記ジョイントに設けられ、前記クリップにねじ込むことで前記クリップと前記ジョイントとの間を電気的に接続するとともに、前記ジョイントを前記接続口に固定するように構成された固定具と、を含み、
   前記導体管は、第１の端部と、前記第１の端部の反対側に位置された第２の端部と、前記第１の端部と前記第２の端部との間を結ぶ中間部と、を備え、前記第１の端部、前記第２の端部および前記中間部が互いに一体に成形されているとともに、少なくとも前記中間部が可撓性を有するように構成された固定子コイル接続装置。
2. 請求項１の記載において、前記導体管の前記中間部が前記第１の端部および前記第２の端部よりも細い固定子コイル接続装置。
3. 請求項１又は請求項２の記載において、前記クリップの前記接続口は、テーパ状に傾斜された内周面を有し、前記ジョイントは、前記接続口の前記内周面に沿うようにテーパ状に傾斜された外周面を有し、前記ジョイントが前記接続口に固定された状態では、前記接続口の前記内周面と前記ジョイントの前記外周面とが液密に密着されるとともに電気的に導通された固定子コイル接続装置。
4. 請求項１又は請求項２の記載において、前記クリップの前記接続口は、球面状に湾曲された内周面を有し、前記ジョイントは、前記接続口の前記内周面に沿うように球面状に湾曲された外周面を有し、前記ジョイントが前記接続口に固定された状態では、前記接続口の前記内周面と前記ジョイントの前記外周面とが液密に密着された固定子コイル接続装置。
5. 請求項３又は請求項４の記載において、前記接続口の前記内周面と前記ジョイントの前記外周面との間にシール部材が介在され、前記シール部材が前記接続口の前記内周面および前記ジョイントの前記外周面に液密に密着された固定子コイル接続装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項の記載において、前記ジョイントは、前記接続口の開口端に突き当たるフランジ部を有し、前記フランジ部は、前記固定具を前記クリップにねじ込んだ時に、前記固定具により接続口の開口端に向けて押圧される固定子コイル接続装置。
7. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項の記載において、前記ジョイントに巻き付けられた接触子をさらに備えており、前記ジョイントを前記クリップの前記接続口に挿入した状態では、前記接触子が前記クリップに弾性的に接触されて前記ジョイントと前記クリップとの間の電気的な接続を維持するように構成された固定子コイル接続装置。
8. 複数のコイル素線を束ねて構成され、前記コイル素線の内部を通過する液状の冷媒で冷却されるとともに、固定子鉄心の外に突出された端部を有する複数の固定子コイルと、
   前記固定子コイルの前記端部を覆うように前記端部に接合され、前記固定子コイルに電気的に接続されるとともに、前記固定子コイルの前記端部に連通された接続口を有するクリップと、
   前記クリップの前記接続口に挿入されるとともに前記冷媒が流れるジョイントを有し、前記クリップを介して前記固定子コイルの前記端部の間に架け渡された導体管と、
   前記導体管に設けられ、前記クリップにねじ込むことで前記クリップと前記導体管との間を電気的に接続するとともに、前記ジョイントを前記接続口に固定する固定具と、を含み、
   前記導体管の少なくとも一部が可撓性を有するように構成された固定子コイル接続装置。
9. 請求項８の記載において、前記導体管が金属製の蛇腹管で構成された固定子コイル接続装置。
10. 請求項９の記載において、前記ジョイントが前記蛇腹管の端部に一体に形成された固定子コイル接続装置。
11. 請求項８の記載において、前記クリップの前記接続口は、テーパ状に傾斜された内周面を有し、前記導体管の前記ジョイントは、前記接続口の前記内周面に沿うようにテーパ状に傾斜された外周面を有し、前記ジョイントが前記接続口に固定された状態では、前記接続口の前記内周面と前記ジョイントの前記外周面とが液密に密着された固定子コイル接続装置。
12. 請求項１１の記載において、前記導体管は、前記接続口の開口端に突き当たるフランジ部を有し、前記フランジ部は、前記固定具を前記クリップにねじ込んだ時に、前記固定具により前記接続口の開口端に向けて押圧される固定子コイル接続装置。
13. 複数のコイル素線を束ねて構成され、前記コイル素線の内部を通過する液状の冷媒で冷却されるとともに、固定子鉄心の外に突出された端部を有する複数の固定子コイルと、
    前記固定子コイルの前記端部を覆うように前記端部に接合され、前記固定子コイルに電気的に接続されるとともに、前記固定子コイルの前記端部に連通された接続口を有するクリップと、
    前記クリップを介して前記固定子コイルの前記端部の間に架け渡されたケーブルと、を備えた固定子コイル接続装置であって、
    前記ケーブルは、
    前記冷媒が流れる可撓性を有する外管と、
    前記外管の内側に挿通された可撓性を有する導体と、
    前記導体に電気的に接続された状態で前記外管の軸方向に沿う両端部に設けられ、前記クリップの前記接続口に挿入されるとともに前記冷媒が流れるケーブル端子と、
    前記ケーブル端子に設けられ、前記クリップにねじ込むことで前記クリップと前記ケーブル端子との間を電気的に接続するとともに、前記ケーブル端子を前記接続口に固定するように構成された固定具と、を含む固定子コイル接続装置。
14. 請求項１３の記載において、前記ケーブルの前記外管と前記導体との間を前記冷媒が流れる固定子コイル接続装置。
15. 請求項１３又は請求項１４の記載において、前記外管が蛇腹状に形成された固定子コイル接続装置。
16. 請求項１ないし請求項１５のいずれか一項に記載された固定子コイル接続装置を備えた回転電機。

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