JP3476904B2 - 回転電機の水冷却固定子コイル端部構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は回転電機の水冷却固定子
コイル端部構造に係り、特に固定子コイル端部のろう付
け部からの水漏れを確認し、その防止対策を施すことの
できる回転電機の水冷却固定子コイル端部構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】大容量の回転電機は、固定子コイルに流
れる電流をより多くし、電流密度が高くなっても温度上
昇を一定に抑えるため、固定子コイルの素線内に冷却水
を通して熱交換を行う、いわゆる固定子コイル水冷却方
式を採用している。

【０００３】また、固定子コイルは、例えばタービン発
電機のように三相交流電源を得るため、複雑な電機子巻
線を形成する必要がある。そして、固定子コイルは固定
子鉄心スロットに収納されるとともに、エンド部にて他
のスロットに納められたコイルと電気的に接続される
他、冷却水の通水路も形成する必要がある。この冷却水
通水路は製造技術上、電気接続部と一体とされる一方、
固定子コイル端部には中空のクリップが設けられてい
る。

【０００４】このクリップは複数本の中空素線からなる
固定子コイルとろう付けにより接続され、それぞれの素
線とクリップ間は、電気的に接続される以外、大容量回
転電機のタービン発電機などのように機内に水素ガスが
加圧封入されているものに対してガスシールを行う必要
がある。

【０００５】このように、複数本の中空素線とクリップ
間は、それぞれ精密な寸法管理下で隙間を最小とし、そ
の隙間部をろう材により埋め、電気接続および水素ガス
シールを行っていた。

【０００６】しかし、複数本の素線は中空であり、その
中空部を閉止することは、通水機能上、許容されないこ
とであり、素線とクリップ間のろう付けは、必要最小限
のろう材により各素線間に全てろうを付着させなければ
ならず、これは高度な技術が必要とされる。

【０００７】以下、図５〜図７を参照して固定子水冷却
タービン発電機の構造および固定子コイル端部接続構造
について説明する。図５はタービン発電機の断面を示し
ており、機内には水素ガスが封入され、固定子フレーム
１にリブ２を弾性支持するため図示しないばね板を介挿
し、このリブ２に固定子鉄心３が積層されている。ま
た、固定子鉄心３の内径側には複数のスロット溝が形成
され、このスロット溝に固定子コイルの下コイル７およ
び上コイル８を収納し、これらは図示しない固定子楔に
より固定されている。

【０００８】一方、回転子４は軸受メタル５で支承さ
れ、ベアリングブラケット６を介して固定子フレーム１
の端部に支持されている。固定子鉄心３のスロット溝内
に収納された下コイル７および上コイル８は鉄心外のエ
ンド部でバインド帯支工９にて支持され、コイル端部で
電気回路を形成するためにシリース接続部１０にて接続
される。

【０００９】また、下コイル７および上コイル８の各端
部にはクリップ１１が配設され、冷却水は図示しない固
定子冷却純水装置から給水管１２を通り、給水ヘッダー
１３に供給され、各クリップ１１内にそれぞれ絶縁接続
管１４を経て通水される。そして、図６に示すように固
定子コイルの中空コイル素線１５は、中空の孔を有し、
この孔に冷却水を通し、熱交換を行う。

【００１０】クリップ１１は中空状に形成され、その開
口端部は下コイル７および上コイル８を構成する中空孔
を有した複数のコイル素線１５を嵌合し、図７に示すよ
うに、ろう付け範囲Ａにおいて各素線１５間およびクリ
ップ１１の内側をろう付けする。このろう付けは各素線
１５を電気的に接続するとともに、クリップ１１内の冷
却水が外部に漏れるのを防止するためである。なお、図
７において、１６はコイル絶縁層、１７は端部絶縁層で
ある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図６および
図７に示すクリップ１１の内部は、中空となっており、
一端の開口側よりコイル素線１５を挿入嵌合し、ろう付
けを行うが、コイル素線１５の端部の中空孔がクリップ
内水室１８に開口するため、コイル素線１５間の中空孔
を閉塞しないようにろう付けする必要があり、ろう材を
多量に使用できない。また、ろう材を後に追加する差し
ろうを行うには、コイル素線１５の挿入側からできない
ため、各コイル素線１５間に完全且つ充分にろう材を流
し込むには、高度な技術が要求される。

【００１２】仮に、クリップ１１内に通ずるろう材不足
部、ブローホールがあった場合、経年的にろう材がガル
バニックコロージョン（異種金属接触腐食）により腐
食、浸食し、クリップ１１の開口端部側に通じる恐れが
ある。そして、冷却水は所定の圧力を有しているため、
クリップ１１外部のコイル素線１５間を通り、コイル絶
縁層１６に浸透し、耐電圧試験を行った場合、絶縁破壊
を起こす可能性がある。冷却水の漏洩部の拡大する速度
や絶縁破壊に至る期間は余寿命評価として重要であり、
ここでは早期に発見し対策することが急務である。

【００１３】また、固定子コイルの水漏れは、タービン
発電機の場合、機内の水素ガス圧力より冷却水の圧力が
低いため、機内に冷却水が漏れず、冷却水系統内に水素
ガスが漏れる。

【００１４】したがって、冷却水系統内の冷却水を循環
させる装置内に配置された貯水槽内の水素ガス濃度を測
定することにより最初の判定を行う。そして、発電機を
開放後、詳細点検により水漏れ部位を特定することにな
るが、固定子コイルは絶縁されているため、漏れ部位の
特定は困難で非常に時間がかかる。

【００１５】また、漏れ部位の特定後に補修する場合
は、再ろう付けによって可能であるものの、コイル端部
のクリップとコイル素線とのろう付けが図７に示すよう
にろう付け補修時の過熱により絶縁が損傷するため、再
ろう付けが不可能である。

【００１６】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、ろう付け部からの水漏れを容易に確認でき、水
漏れ防止対策を容易に実施可能な回転電機の水冷却固定
子コイル端部構造を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の請求項１は、水冷却固定子コイルを構
成する複数本のコイル素線内部に冷却水を通水して熱交
換するとともに、これら複数本のコイル素線を中空のク
リップに挿入してろう付けした回転電機の水冷却固定子
コイル端部構造において、上記クリップにおける上記複
数本のコイル素線の嵌合周面に、当該クリップと複数本
のコイル素線とのろう付け部に隣接して空隙室を設けた
ことを特徴とする。

【００１８】請求項２は、請求項１記載の空隙室が絶縁
チューブを通して外部と連通し、この絶縁チューブ内に
冷却水が浸透すると色が変化する吸湿材を収納したこと
を特徴とする。

【００１９】請求項３は、請求項１または２記載の空隙
室を両側が開口した矩形状の導電性カバーで形成し、こ
の導電性カバーの一端をクリップにろう付けするととも
に、他端を複数本のコイル素線を包むようにろう付けし
たことを特徴とする。

【００２０】請求項４は、空隙室は、両側が開口した矩
形状の絶縁カバーで形成し、この絶縁カバーの一端をク
リップにろう付けするとともに、他端を複数本のコイル
素線が挿通する格子状のシール板を嵌着したことを特徴
とする。

【００２１】 請求項５においては、請求項１，２，３
または４記載の空隙室は絶縁チューブを通して外部と連
通し、空隙室に水漏れが発生した時、この空隙室に絶縁
チューブから浸透性の絶縁レジンを圧入することを特徴
とする。

【００２２】

【作用】本発明の請求項１においては、クリップと複数
本のコイル素線とのろう付け部に隣接して空隙室を設け
たことにより、ろう材の腐食、浸食にてクリップ内と空
隙室との間で連通した場合、クリップ内の冷却水圧力が
空隙室よりも高いため、空隙室内に漏水する。その結
果、水漏れを容易に確認でき、水漏れ防止対策を容易に
施すことができる。

【００２３】請求項２においては、請求項１記載の空隙
室が絶縁チューブを通して外部と連通し、この絶縁チュ
ーブ内に冷却水が浸透すると色が変化する吸湿材を収納
したことにより、水漏れを目視にて容易に確認すること
ができる。

【００２４】請求項３においては、請求項１または２記
載の空隙室を両側が開口した矩形状の導電性カバーで形
成し、この導電性カバーの一端をクリップにろう付けす
るとともに、他端を複数本のコイル素線を包むようにろ
う付けしたことにより、空隙室を確実且つ容易に形成す
ることができる。

【００２５】請求項４においては、空隙室は、両側が開
口した矩形状の絶縁カバーで形成し、この絶縁カバーの
一端をクリップにろう付けするとともに、他端を複数本
のコイル素線が挿通する格子状のシール板を嵌着したこ
とにより、高度な技術を必要とせず、各コイル素線間を
くまなくシールすることができる。

【００２６】請求項５においては、請求項１，２，３ま
たは４記載の空隙室に水漏れが発生した時、この空隙室
に絶縁チューブから浸透性の絶縁レジンを圧入すること
により、漏水路を埋めることができる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明に係る回転電機の水冷却固定子コイ
ル端部構造の一実施例を示す部分断面図、図２は図１の
クリップおよび導電性カバーを示す分解斜視図、図３は
図１の絶縁チューブを示す断面図である。なお、従来の
構成と同一または対応する部分には同一の符号を用いて
説明するとともに、全体構成は図７に示すコイル端部構
造とほぼ同様であるのでその説明を省略する。

【００２８】図１に示すように、複数段に配列されたコ
イル素線１５は、両側が開口し矩形状に形成された導電
性カバー２０で覆われ、この導電性カバー２０の一端は
クリップ１１にろう付けされ、他端は複数のコイル素線
１５を包むようにろう付けされていることで、クリップ
１１のコイル素線１５の嵌合周面に空隙室１９が形成さ
れる。すなわち、空隙室１９はクリップ１１と複数本の
コイル素線１５とのろう付け部に隣接して形成されてい
る。なお、この場合、クリップ１１側は突き合わせろう
付けでもよい。空隙室１９内のコイル素線１５には、ろ
う材が流れ込まないように、例えば水酸化マグネシウム
などを塗布することが望ましい。

【００２９】また、導電性カバー２０には、図２に示す
ように絶縁チューブ２１を挿入固定するための雌ねじが
刻設されたチューブ挿入孔２２が上下２箇所穿設され、
これらのチューブ挿入孔２２のそれぞれに、絶縁チュー
ブ２１が導電性カバー２０、コイル絶縁層１６を介して
空隙室１９と外部とが連通するように取り付けられてい
る。この場合、このチューブ挿入孔２２に絶縁チューブ
２１が挿通される。

【００３０】さらに、絶縁チューブ２１は図３に示すよ
うに、その両端に雄ねじが刻設され、コイル絶縁層１６
の外部に露出する絶縁チューブ２１端部には絶縁材料で
形成したキャップ２５が着脱可能に装着される。また、
絶縁チューブ２１内には水分を吸収すると変色する、例
えばシリカゲル、活性アルミナなどの吸湿材２６が収納
されている。

【００３１】次に、本実施例の作用について説明する。
コイル素線１５間とクリップ１１内面とのろう付け部の
ろう材が、経年的にガルバニックコロージョンにより腐
食、浸食され、クリップ内水室１８と空隙室１９との間
で貫通した場合、クリップ内水室１８の冷却水の圧力が
空隙室１９より高いため、空隙室１９側に漏水が発生す
る。この場合、漏水の有無はキャップ２５を取り外して
点検することにより、吸湿材２６に変色があることを目
視にて確認でき、その上、吸湿材２６を除去すれば、空
隙室１９内の詳細点検も可能となる。

【００３２】そして、漏水が認められた場合、その対策
としてコイル絶縁層１６外部に露出する絶縁チューブ２
１から空隙室１９内を真空引きし、絶縁レジンを注入す
ることにより、上記漏水路を埋めることができるととも
に、固定子コイルの絶縁レジン含浸により空隙室１９の
周囲を一段と補強することができる。

【００３３】このように本実施例によれば、クリップ１
１と複数本のコイル素線１５とのろう付け部に隣接して
空隙室１９を設けたことにより、ろう材の腐食、浸食に
てクリップ１１内と空隙室１９との間で連通した場合、
クリップ１１内の冷却水圧力が空隙室１９よりも高いた
め、空隙室１９内に漏水する。その結果、水漏れを容易
に確認でき、水漏れ防止対策を容易に施すことができ
る。

【００３４】また、絶縁チューブ２１内に冷却水が浸透
すると色が変化する吸湿材２６を収納したことにより、
水漏れを目視にて容易に確認することができる。さら
に、空隙室１９を両側が開口した矩形状の導電性カバー
２０で形成し、この導電性カバー２０の一端をクリップ
１１にろう付けするとともに、他端を複数本のコイル素
線１５を包むようにろう付けしたことにより、空隙室１
９を確実且つ容易に形成することができる。

【００３５】図４は本発明の他の実施例におけるクリッ
プおよびカバーを示す分解斜視図である。この実施例で
は、前記実施例の導電性カバー２０に代えて絶縁カバー
２３を設け、この絶縁カバー２３の一端はクリップ１１
にろう付けされ、他端は格子状に形成されたシール板２
４が嵌着されており、このシール板２４の空隙部分に複
数のコイル素線１５を挿通することで、クリップ１１の
コイル素線１５の嵌合周面に空隙室が形成される。

【００３６】したがって、この実施例によれば、絶縁カ
バー２３の他端にシール板２４を嵌着し、このシール板
２４に複数のコイル素線１５を挿通したことにより、高
度な技術を必要とせず、各コイル素線１５間をくまなく
シールすることができる。その他の構成および作用は前
記実施例と同様であるのでその説明を省略する。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
によれば、クリップと複数本のコイル素線とのろう付け
部の嵌合周面に隣接して空隙室を設けたことにより、ろ
う材の腐食、浸食にてクリップ内と空隙室との間で連通
した場合、クリップ内の冷却水圧力が空隙室よりも高い
ため、空隙室内に漏水する。その結果、水漏れを容易に
確認でき、水漏れ防止対策を容易に施すことができ、ひ
いてはコイル絶縁の劣化損傷を未然防止でき、固定子コ
イルの長寿命化が図れる。

【００３８】請求項２によれば、請求項１記載の空隙室
が絶縁チューブを通して外部と連通し、この絶縁チュー
ブ内に冷却水が浸透すると色が変化する吸湿材を収納し
たことにより、水漏れを目視にて容易に確認することが
でき、点検時の工期を短縮することができる。

【００３９】請求項３によれば、請求項１または２記載
の空隙室を両側が開口した矩形状の導電性カバーで形成
し、この導電性カバーの一端をクリップにろう付けする
とともに、他端を複数本のコイル素線を包むようにろう
付けしたことにより、空隙室を確実且つ容易に形成する
ことができる。

【００４０】請求項４によれば、空隙室は、両側が開口
した矩形状の絶縁カバーで形成し、この絶縁カバーの一
端をクリップにろう付けするとともに、他端を複数本の
コイル素線が挿通する格子状のシール板を嵌着したこと
により、高度な技術を必要とせず、各コイル素線間をく
まなくシールすることができる。

【００４１】請求項５によれば、請求項１，２，３また
は４記載の空隙室に水漏れが発生した時、この空隙室に
絶縁チューブから浸透性の絶縁レジンを圧入することに
より、漏水路を埋めることができ、回転電機の信頼性を
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る回転電機の水冷却固定子コイル端
部構造の一実施例を示す部分断面図。

【図２】図１のクリップおよび導電性カバーを示す分解
斜視図。

【図３】図１の絶縁チューブを示す断面図。

【図４】本発明の他の実施例におけるクリップおよびカ
バーを示す分解斜視図。

【図５】従来の固定子コイル水冷却タービン発電機を示
す断面図。

【図６】従来の固定子コイル端部のクリップ部を示す斜
視図。

【図７】従来の固定子コイル端部のシリース接続部構造
を示す部分断面図。

【符号の説明】

７ 下コイル ８ 上コイル １０ シリース接続部 １１ クリップ １５ コイル素線 １６ コイル絶縁層 １９ 空隙室 ２０ 導電性カバー ２１ 絶縁チューブ ２２ チューブ挿入孔 ２３ 絶縁カバー ２４ シール板 ２５ キャップ ２６ 吸湿材

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水冷却固定子コイルを構成する複数本の
   コイル素線内部に冷却水を通水して熱交換するととも
   に、これら複数本のコイル素線を中空のクリップに挿入
   してろう付けした回転電機の水冷却固定子コイル端部構
   造において、上記クリップにおける上記複数本のコイル
   素線の嵌合周面に、当該クリップと複数本のコイル素線
   とのろう付け部に隣接して空隙室を設けたことを特徴と
   する回転電機の水冷却固定子コイル端部構造。
2. 【請求項２】 空隙室は、絶縁チューブを通して外部と
   連通し、この絶縁チューブ内に冷却水が浸透すると色が
   変化する吸湿材を収納したことを特徴とする請求項１記
   載の回転電機の水冷却固定子コイル端部構造。
3. 【請求項３】 空隙室は、両側が開口した矩形状の導電
   性カバーで形成し、この導電性カバーの一端をクリップ
   にろう付けするとともに、他端を複数本のコイル素線を
   包むようにろう付けしたことを特徴とする請求項１また
   は２記載の回転電機の水冷却固定子コイル端部構造。
4. 【請求項４】 空隙室は、両側が開口した矩形状の絶縁
   カバーで形成し、この絶縁カバーの一端をクリップにろ
   う付けするとともに、他端を複数本のコイル素線が挿通
   する格子状のシール板を嵌着したことを特徴とする請求
   項１または２記載の回転電機の水冷却固定子コイル端部
   構造。
5. 【請求項５】 空隙室は、絶縁チューブを通して外部と
   連通し、空隙室に水漏れが発生した時、この空隙室に絶
   縁チューブから浸透性の絶縁レジンを圧入することを特
   徴とする請求項１，２，３または４記載の回転電機の水
   冷却固定子コイル端部構造。