JP3709665B2 - 発電機コイル端部の接合方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機コイル端部の接合方法に係り、特に、ろう付欠陥の発生率を低減できるのに好適な発電機コイル端部の接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転電機、例えばタ−ビン発電機や水車発電機等の発電機は、その容量増加に伴い、コイル導体を冷却媒体により冷却する構造を採用している。最近では、その容量増加の著しさから、コイル導体を内部から直接冷却する構造を採用している。この直接冷却の構造としては、特開平8−103046号公報，特開平8−205443号公報等に開示されているように、冷却媒体の給排を行いつつ、コイル間の電気的接続を行う束線箱体を固定子コイル端部に設けている。
【０００３】
上記束線箱体は、ろう付け接合によって、固定子コイル端部に設けられる。このろう付け接合は、いくつかの処理工程を介して行われ、まず、コイル素線の外周部に施された素線絶縁、及び、その表面に付着している不純物が除去される。次に、素線絶縁，不純物が除去されたコイル素線は、束ねられ所定の寸法に整形整線される。次に、コイル素線間にろう材が配置され、束線箱体に組込まれる。そして、所定の温度で加熱され接合される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
束線箱体と固定子コイルとのろう付接合には、ろう付部分に欠陥を発生させないことが要求される。ろう付部分に欠陥が生じてしまうと、その欠陥部分には、冷却媒体である冷却水が死水として滞留し、腐食電位の変化によってろう材やコイル導体を選択的に腐食（隙間腐食）してしまう。この腐食とろう付欠陥とが相まってしまうと、その腐食はろう付部分全長に至ってしまい、ひいては漏水リークによる発電機の運転停止まで至ってしまう。
【０００５】
ろう付部分に発生する欠陥を無にすることは、なかなか困難なことである。しかし、本発明者らは、ろう付部分に発生する欠陥の発生率を低減させるため、ろう付部分に発生する欠陥についていろいろ調査，研究を行った。その結果、ろう付部分に発生する欠陥の原因がいくつか判った。
【０００６】
まず、コイル素線間、及び、コイル素線と束線箱体との間のギャップの適正度がとれていなく、所々において狭かったり大きかったりすることが判った。ギャップの適正度がとれていないと、ろう材が加熱され溶融したとき、ギャップの狭いところでは、ろう材が流れ込みにくい。一方、ギャップの大きいところでは、ろう材が流れ出てしまう。この結果、ろう材が均一に分散されず、ろう付欠陥が発生してしまう。
【０００７】
また、コイル素線と束線箱体の表面の活性化が不十分で、各表面に不純物が残ったまま接合が行われてしまうことが判った。コイル素線と束線箱体の表面に不純物が残っていると、加熱され溶融したろう材がその部分に付きにくくなる。この結果、ろう材による接合が不良となり、ろう付欠陥が発生してしまう。
【０００８】
さらに、コイル素線群を収納した束線箱体を加熱しているとき、その加熱温度（ろう付温度）が変動することが判った。ろう付温度が変動すると、溶融したろう材の流れ度合いも変動し、所々ろう材が異常に流れだしてしまう。この結果、ろう材が均一に分散されず、ろう付欠陥が発生してしまう。
【０００９】
このように、本発明者らは、ろう付欠陥の発生する原因が、ろう付接合の一連の処理工程であるコイル素線の外周部に施された素線絶縁の除去，コイル素線の外周部表面に付着している不純物の除去，整形整線、及び、コイル素線群を収納した束線箱体の加熱処理にあることを発見したのである。
【００１０】
本発明は、上記の点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、コイル素線の外周部に施された素線絶縁の除去，コイル素線の外周部表面に付着している不純物の除去，整形整線、及び、コイル素線群を収納した束線箱体の加熱処理においてろう付部分に発生する欠陥の発生率を低減させることのできる信頼性の高い発電機コイル端部の接合方法を提供するにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成する発電機コイル端部の接合方法を得るために本発明は、コイル素線を所定の温度で加熱焼鈍してその外周部に施されている素線絶縁を除去し、素線絶縁の除去されたコイル素線の素材面を無機酸により溶解洗浄し、溶解洗浄されたコイル素線を束ねて所定の寸法に整形整線し得られたコイル素線群にろう材を配置して束線箱体に組込み、これを所定の温度で加熱し接合する。
【００１２】
具体的には、コイル素線を３００℃以上の温度で加熱焼鈍してその外周部に施されている素線絶縁を除去し、素線絶縁の除去されたコイル素線の素材面を無機酸により１μｍ以上溶解洗浄し、溶解洗浄されたコイル素線を束ね、コイル素線間のギャップの平均値が１００μｍ以下，コイル素線と接合される束線箱体との間のギャップの平均値が２００μｍ以下となるように整形整線し得られたコイル素線群にろう材を配置して束線箱体に組込み、これを所定の温度で加熱し接合する。
【００１３】
上記コイル素線間、及び、コイル素線と束線箱体との間のギャップの平均値は、コイル素線群の加圧整形、又は、コイル素線の無機酸による溶解洗浄、又は、束線箱体の加圧整形、又は、束線箱体の機械加工のいずれかによって調整する。上記コイル素線の外周部に施されている素線絶縁の除去は、加熱焼鈍の前、或いは、加熱焼鈍の後に機械加工で除去しても構わない。
【００１４】
上記束線箱体としては、ろう材逃げ溝部を設けた束線箱体を用いることが好ましい。
【００１５】
前記目的を達成する発電機コイル端部の接合方法を得るために本発明は、コイル素線を所定の温度で加熱焼鈍してその外周部に施されている素線絶縁を除去し、素線絶縁の除去されたコイル素線の素材面を無機酸により溶解洗浄し、溶解洗浄されたコイル素線を束ねて所定の寸法に整形整線し、整形整線されたコイル素線に耐腐食性塗料を塗布し得られたコイル素線群にろう材を配置して束線箱体に組込み、これを所定の温度で加熱し接合する。
【００１６】
上記耐腐食性塗料としては、放射率０.５ 以上のセラミック系材を使用する。上記束線箱体としては、ろう材逃げ溝部を設けた束線箱体を用いることが好ましい。
【００１７】
前記目的を達成する発電機コイル端部の接合方法を得るために本発明は、コイル素線を所定の温度で加熱焼鈍してその外周部に施されている素線絶縁を除去し、素線絶縁の除去されたコイル素線の素材面を無機酸により溶解洗浄し、溶解洗浄されたコイル素線を束ねて所定の寸法に整形整線し得られたコイル素線群にろう材を配置して束線箱体に組込み、これを所定の温度で加熱して接合し、束線箱体内に露出しているコイル素線群表面に耐腐食性異種金属を施す。
【００１８】
上記耐腐食性異種金属としては、錫、又は、ニッケル、又は、銀を使用する。上記束線箱体としては、ろう材逃げ溝部を設けた束線箱体を用いることが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施例である発電機の固定子コイルと束線箱体とのろう付接合を説明するための分解斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面図（束線箱体に固定子コイルが収まった状態における断面図）である。
【００２１】
図面において、１は発電機の固定子コイル端部にろう付接合によって設けられる束線箱体であり、ほぼ長五角形をしている。束線箱体１は、固定子コイルを内部から冷却する冷却媒体（冷却水）の給排を行いつつ固定子コイル間の電気的接続を行うため、その一端部側上部に冷却媒体の給排を行う給排用口金具８がろう付によって接合されている。また、一端部側下部、即ち、給排用口金具８の下側に固定子コイル間の電気的接続を行う通電接続片９が複数枚ろう付によって接合されている。
【００２２】
一方、束線箱体１の他端部側には、固定子コイルのコイル素線群３を収める箱型の収容室１ａが設けられており、その一側面（給排用口金具８や通電接続片９側とは反対側の面）と上面の２面が開放されている。収容室１ａの隣には、収容室１ａに収められるコイル素線群３の軸方向断面とほぼ同じ大きさに形成された冷却媒体給排室１ｂが設けられており、収容室１ａに開口している。冷却媒体給排室１ｂの開口側面とは反対の側面には、給排用口金具８から冷却媒体給排室 １ｂ、或いは、冷却媒体給排室１ｂから給排用口金具８に冷却水を導く連通管 １ｃが設けられている。
【００２３】
尚、コイル素線２は、冷却水を流通するため中空構造となっている。
【００２４】
本実施例の束線箱体１は、以上のような構造となっており、コイル素線２と同様の材料である銅材によって作られている。
【００２５】
次に、上記の束線箱体１と固定子コイルとのろう付接合について説明する。
【００２６】
固定子コイルと束線箱体１とのろう付接合においては、ろう付接合時に発生する欠陥の発生率を低減させ、発電機を長期運転しても漏水リ−クに至らしめないようにしなければならい。このため、本実施例では、以下のような処理工程でろう付接合を行っている。
【００２７】
（１）処理工程Ｉ
コイル素線２を所定の寸法に切断し、次に、束線箱体１に組込まれるコイル素線２部分に施されている素線絶縁（絶縁レジン，ガラス繊維）を機械加工により除去する。
【００２８】
（２）処理工程II
コイル素線２を束ね、３００℃以上の温度で加熱焼鈍する。これによって、コイル素線２に施されている素線絶縁を完全に除去する。尚、素線絶縁の除去は、加熱焼鈍のみで除去してもよいし、加熱焼鈍後に機械加工して除去してもよい。
（３）処理工程III
素線絶縁が除去されたコイル素線２を燐酸等の無機酸により溶解洗浄する。この時、コイル素線２の表面を活性化維持させるために、コイル素線２の素材面を１μｍ以上溶解除去する。
【００２９】
（４）処理工程IV
表面が活性化されたコイル素線２を必要本数束ねたコイル素線群３を必要寸法に整形整線する。具体的には、コイル素線２間のギャップが平均値で１００μｍ以下となるようにコイル素線群３を加圧整形する。尚、コイル素線２間のギャップの調整は、燐酸等の無機酸による溶解洗浄でもよい。
【００３０】
ここで、コイル素線２間のギャップの平均値は、次に示す数式１によって求められる。
【００３１】
【数１】
【００３２】
尚、Ｌ0 は束線箱体１の素線組込み部（収容室１ａ）の幅寸法、ｌi は各コイル素線２の幅寸法、ｎはコイル素線２の積重ね段数である。
【００３３】
次に、束線箱体１の収容室１ａに組込まれるコイル素線群３端部、即ち、冷却媒体給排室１ｂ側に露出するコイル素線２間，コイル素線２と束線箱体１との間，冷却媒体給排室１ｂ側に面したコイル素線群３表面に、耐腐食性塗料４を塗布し、６０℃乃至１５０℃で２時間程度乾燥して溶剤除去する。本実施例においては、酸化クロム，黒鉛，珪酸塩，酸化鉄，溶剤等の混合物からなり、乾燥固化後の放射率が０.５ 以上（好ましくは０.９ 以上）、ろう付温度に耐え得るセラミック系材を耐腐食性塗料４として使用している。
【００３４】
次に、コイル素線群３を束線箱体１に組込んだ際、コイル素線２と束線箱体１とのギャップが平均値で２００μｍ以下となるように、束線箱体１(収容室１ａ)を機械加工、或いは、束線箱体１を外部から加圧整形する。コイル素線２と束線箱体１とのギャップの平均値は、前述した数式１によって求められる。
【００３５】
（５）処理工程Ｖ
処理工程Ｉ乃至処理工程IVの一連の処理工程を経て得られたコイル素線群３の各素線の列間並び、及び、コイル素線２と束線箱体１との間に所定量のろう材５を配置し、束線箱体１の収容室１ａに組込む。次に、収容室１ａに組込まれたコイル素線群３の上にろう材５を置き、その上に蓋７を置く。そして、これら全体を高調波加熱等によって７００℃乃至８００℃で加熱する。これによって、コイル素線群３は束線箱体１に接合される。
【００３６】
（６）処理工程VI
処理工程VIにおいて、コイル素線群３端部に耐腐食性塗料４を塗布する処理について説明をしたが、この耐腐食性塗料４の代わりに、コイル素線群３と束線箱体１との接合後、コイル素線群３端部を耐腐食性異種金属によってメッキ処理しても構わない（どちらか一方を選択すればよい）。
【００３７】
この場合、束線箱体１の収容室１ａに組込まれたコイル素線群３端部、即ち、冷却媒体給排室１ｂ側に露出するコイル素線２間、コイル素線２と束線箱体１との間、冷却媒体給排室１ｂ側に面したコイル素線群３表面を、８０℃の耐腐食性異種金属の錫メッキ液（錫イオン濃度が０.１mol／ｌの化学還元メッキ液）に ６０分間浸漬して錫メッキ処理する。錫メッキ膜の厚さは必要に応じて液温，錫イオン濃度，浸漬時間を変えればよい。尚、耐腐食性異種金属としては、ニッケル、又は、銀であってもよい。
【００３８】
尚、本実施例においては、束線箱体１として図１に示した構造のものを採用した場合について説明したが、図３に示すような構造の束線箱体１を採用してもよい。図３に示した束線箱体１は、冷却媒体給排室１ｂにろう材逃げ溝部６が設けられているものであり、余剰なろう材が溜るようなっている。
【００３９】
以上本実施例によれば、コイル素線２に施されている素線絶縁を３００℃以上の温度で加熱焼鈍して除去し、燐酸等の無機酸によってコイル素線２の素材表面を１μｍ以上溶解除去するようにしたので、コイル素線２の素材表面が活性化され、ろう材との接合をよくすることができる。
【００４０】
また、機械加工により素線絶縁を除去してから３００℃以上の温度で加熱焼鈍し、それから、無機酸による溶解除去を行うようにしても、３００℃以上の温度で加熱焼鈍してから機械加工により素線絶縁を除去し、それから、無機酸による溶解除去を行うようにしても、コイル素線２の素材表面が活性化され、ろう材との接合をよくすることができる。
【００４１】
また、本実施例によれば、コイル素線２間のギャップが平均値で１００μｍ以下となるようにコイル素線群３を加圧整形し、また、コイル素線群３を束線箱体１に組込んだ際、コイル素線２と束線箱体１とのギャップが平均値で２００μｍ以下となるように、束線箱体１（収容室１ａ）を機械加工、或いは、束線箱体１を外部から加圧整形するようにしたので、コイル素線２間、及び、コイル素線２と束線箱体１との間のギャップの適正度がとれ、加熱によって溶融したろう材をコイル素線群３に均一にまんべんなく分散することができる。
【００４２】
さらに、本実施例によれば、収容室１ａに組込まれるコイル素線群３端部、即ち、冷却媒体給排室１ｂ側に露出するコイル素線２間、コイル素線２と束線箱体１との間、冷却媒体給排室１ｂ側に面したコイル素線群３表面に、耐腐食性塗料４を塗布し一括封止するようにしたので、ろう付部分に欠陥が発生しても、その部分の腐食開始を抑えることができると共に、ろう付部分以外に余剰なろう材を付着させることを防止できる。
【００４３】
また、耐腐食性塗料４の塗布に代わって、コイル素線群３と束線箱体１との接合後、束線箱体１の収容室１ａに組込まれたコイル素線群３端部、即ち、冷却媒体給排室１ｂ側に露出するコイル素線２間，コイル素線２と束線箱体１との間，冷却媒体給排室１ｂ側に面したコイル素線群３表面に、耐腐食性異種金属をメッキするようにしたもので、前記と同様にろう付部分に欠陥が発生しても、その部分の腐食開始を抑えることができる。
【００４４】
さらに、本実施例によれば、束線箱体１の収容室１ａに組込まれるコイル素線群３端部に塗布さる耐腐食性塗料４として、放射率が０.５ 以上（好ましくは ０.９ 以上）のセラミック系材を用いたので、ろう材の溶融状態を冷却媒体給排室１ｂ側に面したコイル素線群３表面の輝度によって測定できると共に、適正な温度管理ができ、ろう付時の加熱温度分布不均一によるろう材の異常な流れだしを防止することができる。これは、品質管理面で有効な手段である。
【００４５】
さらに、本実施例によれば、ろう材逃げ溝部６が設けられた束線箱体１を採用し、溶融して流れだしたろう材の余剰分をそのろう材逃げ溝部６に溜めるようにしたので、コイル素線２の中空内部にろう材が進入して詰まり、冷却水の流路阻害を起こすのを防止することができる。
【００４６】
尚、本発明者らは、ろう付部分の欠陥状況を調べるため、発電機の固定子コイル端部をコイルの長さ方向にＸ線ＣＴで垂直断面撮影し、コイル素線間，コイル素線群と束線箱体との間，コイル素線群と蓋との間の非破壊検査を１２の実施例について行い評価した。
【００４７】
評価については、コイルの長さ方向のろう付長さ（設計設定値）に対するろう付欠陥部の累積長さの割合で示される欠陥発生率と、発電機の固定子コイル端部を水温７０℃，ｐＨ≒３，溶存酸素２０ppb の水中に１８０日間放置した時の冷却媒体給排室側コイル素線群３端部のろう付部分からの腐食の長さを測定し、これを水中放置時間で割って求めた腐食速度とにより評価した。
【００４８】
表１は、評価結果と１２の実施例の実施条件を纏めたものである。
【００４９】
【表１】
【００５０】
この表１から以下のことを確認できた。
【００５１】
実施例２のように、処理工程III の燐酸等の無機酸によるコイル素線の溶解除去を行わないものでは、ろう付欠陥の発生率が高く、腐食速度が速いことが確認できた。従って、燐酸等の無機酸によるコイル素線の溶解除去、即ち、コイル素線の素材表面の活性化がいかに重要か判る。
【００５２】
また、実施例４のように、ろう材逃げ溝部が設けられていない束線箱体を採用したものでは、ろう付時溶融した余剰ろう材がコイル素線の中空内部に進入し、穴詰まりを起こすことが確認された。尚、実施例５は、実施例４同様にろう材逃げ溝部が設けられていない束線箱体を採用しているが、コイル素線群端部にセラミック系材の耐腐食性塗料を塗布しているので、ろう付部分以外に余剰なろう材を付着を防止している。
【００５３】
また、実施例７のように、低い温度で加熱焼鈍処理されたものでは、素線整線性の関係から、ろう付欠陥発生率が高くなる傾向にあることが確認された。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、コイル素線を３００℃以上の温度で加熱焼鈍してその外周部に施されている素線絶縁を除去し、素線絶縁の除去されたコイル素線の素材面を無機酸により１μｍ以上溶解洗浄し、溶解洗浄されたコイル素線を束ね、コイル素線間のギャップの平均値が１００μｍ以下，コイル素線と接合される束線箱体との間のギャップの平均値が２００μｍ以下となるように整形整線し得られたコイル素線群にろう材を配置して束線箱体に組込み、これを所定の温度で加熱し接合するようにしたので、コイル素線の素材表面が活性化され、ろう材との接合をよくすることができると共に、コイル素線間、及び、コイル素線と束線箱体との間のギャップの適正度がとれ、加熱によって溶融したろう材をコイル素線群に均一にまんべんなく分散することができる。
【００５５】
また、本発明によれば、コイル素線を所定の温度で加熱焼鈍してその外周部に施されている素線絶縁を除去し、素線絶縁の除去されたコイル素線の素材面を無機酸により溶解洗浄し、溶解洗浄されたコイル素線を束ねて所定の寸法に整形整線し、整形整線されたコイル素線に放射率０.５ 以上のセラミック系材の耐腐食性塗料を塗布し得られたコイル素線群にろう材を配置して束線箱体に組込み、これを所定の温度で加熱し接合するようにしたので、ろう付部分に欠陥が発生しても、その部分の腐食開始を抑えることができると共に、ろう付部分以外に余剰なろう材を付着させることを防止できる。また、ろう材の溶融状態をコイル素線群表面の輝度によって測定できると共に、適正な温度管理ができ、ろう付時の加熱温度分布不均一によるろう材の異常な流れだしを防止することができる。
【００５６】
また、本発明は、コイル素線を所定の温度で加熱焼鈍してその外周部に施されている素線絶縁を除去し、素線絶縁の除去されたコイル素線の素材面を無機酸により溶解洗浄し、溶解洗浄されたコイル素線を束ねて所定の寸法に整形整線し得られたコイル素線群にろう材を配置して束線箱体に組込み、これを所定の温度で加熱して接合し、束線箱体内に露出しているコイル素線群表面に耐腐食性異種金属を施すようにしたので、ろう付部分に欠陥が発生しても、その部分の腐食開始を抑えることができる。
【００５７】
従って、本発明によれば、コイル素線の外周部に施された素線絶縁の除去，コイル素線の外周部表面に付着している不純物の除去，整形整線、及び、コイル素線群を収納した束線箱体の加熱処理においてろう付部分に発生する欠陥の発生率を低減させることのできる信頼性の高い発電機コイル端部の接合方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である発電機の固定子コイルと束線箱体とのろう付接合を説明するための分解斜視図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図(束線箱体に固定子コイルが収まった状態における断面図)。
【図３】ろう材逃げ溝部を設けた束線箱体の斜視図。
【符号の説明】
１…束線箱体、１ａ…収容室、１ｂ…冷却媒体給排室、１ｃ…連通管、２…コイル素線、３…コイル素線群、４…耐腐食性塗料、５…ろう材、６…ろう材逃げ溝部、７…蓋、８…給排用口金具、９…通電接続片。
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機コイル端部の接合方法に係り、特に、ろう付欠陥の発生率を低減できるのに好適な発電機コイル端部の接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転電機、例えばタ−ビン発電機や水車発電機等の発電機は、その容量増加に伴い、コイル導体を冷却媒体により冷却する構造を採用している。最近では、その容量増加の著しさから、コイル導体を内部から直接冷却する構造を採用している。この直接冷却の構造としては、特開平8−103046号公報，特開平8−205443号公報等に開示されているように、冷却媒体の給排を行いつつ、コイル間の電気的接続を行う束線箱体を固定子コイル端部に設けている。
【０００３】
上記束線箱体は、ろう付け接合によって、固定子コイル端部に設けられる。このろう付け接合は、いくつかの処理工程を介して行われ、まず、コイル素線の外周部に施された素線絶縁、及び、その表面に付着している不純物が除去される。次に、素線絶縁，不純物が除去されたコイル素線は、束ねられ所定の寸法に整形整線される。次に、コイル素線間にろう材が配置され、束線箱体に組込まれる。そして、所定の温度で加熱され接合される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
束線箱体と固定子コイルとのろう付接合には、ろう付部分に欠陥を発生させないことが要求される。ろう付部分に欠陥が生じてしまうと、その欠陥部分には、冷却媒体である冷却水が死水として滞留し、腐食電位の変化によってろう材やコイル導体を選択的に腐食（隙間腐食）してしまう。この腐食とろう付欠陥とが相まってしまうと、その腐食はろう付部分全長に至ってしまい、ひいては漏水リークによる発電機の運転停止まで至ってしまう。
【０００５】
ろう付部分に発生する欠陥を無にすることは、なかなか困難なことである。しかし、本発明者らは、ろう付部分に発生する欠陥の発生率を低減させるため、ろう付部分に発生する欠陥についていろいろ調査，研究を行った。その結果、ろう付部分に発生する欠陥の原因がいくつか判った。
【０００６】
まず、コイル素線間、及び、コイル素線と束線箱体との間のギャップの適正度がとれていなく、所々において狭かったり大きかったりすることが判った。ギャップの適正度がとれていないと、ろう材が加熱され溶融したとき、ギャップの狭いところでは、ろう材が流れ込みにくい。一方、ギャップの大きいところでは、ろう材が流れ出てしまう。この結果、ろう材が均一に分散されず、ろう付欠陥が発生してしまう。
【０００７】
また、コイル素線と束線箱体の表面の活性化が不十分で、各表面に不純物が残ったまま接合が行われてしまうことが判った。コイル素線と束線箱体の表面に不純物が残っていると、加熱され溶融したろう材がその部分に付きにくくなる。この結果、ろう材による接合が不良となり、ろう付欠陥が発生してしまう。
【０００８】
さらに、コイル素線群を収納した束線箱体を加熱しているとき、その加熱温度（ろう付温度）が変動することが判った。ろう付温度が変動すると、溶融したろう材の流れ度合いも変動し、所々ろう材が異常に流れだしてしまう。この結果、ろう材が均一に分散されず、ろう付欠陥が発生してしまう。
【０００９】
このように、本発明者らは、ろう付欠陥の発生する原因が、ろう付接合の一連の処理工程であるコイル素線の外周部に施された素線絶縁の除去，コイル素線の外周部表面に付着している不純物の除去，整形整線、及び、コイル素線群を収納した束線箱体の加熱処理にあることを発見したのである。
【００１０】
本発明は、上記の点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、コイル素線の外周部に施された素線絶縁の除去，コイル素線の外周部表面に付着している不純物の除去，整形整線、及び、コイル素線群を収納した束線箱体の加熱処理においてろう付部分に発生する欠陥の発生率を低減させることのできる信頼性の高い発電機コイル端部の接合方法を提供するにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成する発電機コイル端部の接合方法を得るために本発明は、コイル素線を所定の温度で加熱焼鈍してその外周部に施されている素線絶縁を除去し、素線絶縁の除去されたコイル素線の素材面を無機酸により溶解洗浄し、溶解洗浄されたコイル素線を束ねて所定の寸法に整形整線し得られたコイル素線群にろう材を配置して束線箱体に組込み、これを所定の温度で加熱し接合する。
【００１２】
具体的には、コイル素線を３００℃以上の温度で加熱焼鈍してその外周部に施されている素線絶縁を除去し、素線絶縁の除去されたコイル素線の素材面を無機酸により１μｍ以上溶解洗浄し、溶解洗浄されたコイル素線を束ね、コイル素線間のギャップの平均値が１００μｍ以下，コイル素線と接合される束線箱体との間のギャップの平均値が２００μｍ以下となるように整形整線し得られたコイル素線群にろう材を配置して束線箱体に組込み、これを所定の温度で加熱し接合する。
【００１３】
上記コイル素線間、及び、コイル素線と束線箱体との間のギャップの平均値は、コイル素線群の加圧整形、又は、コイル素線の無機酸による溶解洗浄、又は、束線箱体の加圧整形、又は、束線箱体の機械加工のいずれかによって調整する。上記コイル素線の外周部に施されている素線絶縁の除去は、加熱焼鈍の前、或いは、加熱焼鈍の後に機械加工で除去しても構わない。
【００１４】
上記束線箱体としては、ろう材逃げ溝部を設けた束線箱体を用いることが好ましい。
【００１５】
前記目的を達成する発電機コイル端部の接合方法を得るために本発明は、コイル素線を所定の温度で加熱焼鈍してその外周部に施されている素線絶縁を除去し、素線絶縁の除去されたコイル素線の素材面を無機酸により溶解洗浄し、溶解洗浄されたコイル素線を束ねて所定の寸法に整形整線し、整形整線されたコイル素線に耐腐食性塗料を塗布し得られたコイル素線群にろう材を配置して束線箱体に組込み、これを所定の温度で加熱し接合する。
【００１６】
上記耐腐食性塗料としては、放射率０.５ 以上のセラミック系材を使用する。上記束線箱体としては、ろう材逃げ溝部を設けた束線箱体を用いることが好ましい。
【００１７】
前記目的を達成する発電機コイル端部の接合方法を得るために本発明は、コイル素線を所定の温度で加熱焼鈍してその外周部に施されている素線絶縁を除去し、素線絶縁の除去されたコイル素線の素材面を無機酸により溶解洗浄し、溶解洗浄されたコイル素線を束ねて所定の寸法に整形整線し得られたコイル素線群にろう材を配置して束線箱体に組込み、これを所定の温度で加熱して接合し、束線箱体内に露出しているコイル素線群表面に耐腐食性異種金属を施す。
【００１８】
上記耐腐食性異種金属としては、錫、又は、ニッケル、又は、銀を使用する。上記束線箱体としては、ろう材逃げ溝部を設けた束線箱体を用いることが好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施例である発電機の固定子コイルと束線箱体とのろう付接合を説明するための分解斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面図（束線箱体に固定子コイルが収まった状態における断面図）である。
【００２１】
図面において、１は発電機の固定子コイル端部にろう付接合によって設けられる束線箱体であり、ほぼ長五角形をしている。束線箱体１は、固定子コイルを内部から冷却する冷却媒体（冷却水）の給排を行いつつ固定子コイル間の電気的接続を行うため、その一端部側上部に冷却媒体の給排を行う給排用口金具８がろう付によって接合されている。また、一端部側下部、即ち、給排用口金具８の下側に固定子コイル間の電気的接続を行う通電接続片９が複数枚ろう付によって接合されている。
【００２２】
一方、束線箱体１の他端部側には、固定子コイルのコイル素線群３を収める箱型の収容室１ａが設けられており、その一側面（給排用口金具８や通電接続片９側とは反対側の面）と上面の２面が開放されている。収容室１ａの隣には、収容室１ａに収められるコイル素線群３の軸方向断面とほぼ同じ大きさに形成された冷却媒体給排室１ｂが設けられており、収容室１ａに開口している。冷却媒体給排室１ｂの開口側面とは反対の側面には、給排用口金具８から冷却媒体給排室 １ｂ、或いは、冷却媒体給排室１ｂから給排用口金具８に冷却水を導く連通管 １ｃが設けられている。
【００２３】
尚、コイル素線２は、冷却水を流通するため中空構造となっている。
【００２４】
本実施例の束線箱体１は、以上のような構造となっており、コイル素線２と同様の材料である銅材によって作られている。
【００２５】
次に、上記の束線箱体１と固定子コイルとのろう付接合について説明する。
【００２６】
固定子コイルと束線箱体１とのろう付接合においては、ろう付接合時に発生する欠陥の発生率を低減させ、発電機を長期運転しても漏水リ−クに至らしめないようにしなければならい。このため、本実施例では、以下のような処理工程でろう付接合を行っている。
【００２７】
（１）処理工程Ｉ
コイル素線２を所定の寸法に切断し、次に、束線箱体１に組込まれるコイル素線２部分に施されている素線絶縁（絶縁レジン，ガラス繊維）を機械加工により除去する。
【００２８】
（２）処理工程II
コイル素線２を束ね、３００℃以上の温度で加熱焼鈍する。これによって、コイル素線２に施されている素線絶縁を完全に除去する。尚、素線絶縁の除去は、加熱焼鈍のみで除去してもよいし、加熱焼鈍後に機械加工して除去してもよい。
（３）処理工程III
素線絶縁が除去されたコイル素線２を燐酸等の無機酸により溶解洗浄する。この時、コイル素線２の表面を活性化維持させるために、コイル素線２の素材面を１μｍ以上溶解除去する。
【００２９】
（４）処理工程IV
表面が活性化されたコイル素線２を必要本数束ねたコイル素線群３を必要寸法に整形整線する。具体的には、コイル素線２間のギャップが平均値で１００μｍ以下となるようにコイル素線群３を加圧整形する。尚、コイル素線２間のギャップの調整は、燐酸等の無機酸による溶解洗浄でもよい。
【００３０】
ここで、コイル素線２間のギャップの平均値は、次に示す数式１によって求められる。
【００３１】
【数１】
尚、Ｌ0 は束線箱体１の素線組込み部（収容室１ａ）の幅寸法、ｌi は各コイル素線２の幅寸法、ｎはコイル素線２の積重ね段数である。
【００３３】
次に、束線箱体１の収容室１ａに組込まれるコイル素線群３端部、即ち、冷却媒体給排室１ｂ側に露出するコイル素線２間，コイル素線２と束線箱体１との間，冷却媒体給排室１ｂ側に面したコイル素線群３表面に、耐腐食性塗料４を塗布し、６０℃乃至１５０℃で２時間程度乾燥して溶剤除去する。本実施例においては、酸化クロム，黒鉛，珪酸塩，酸化鉄，溶剤等の混合物からなり、乾燥固化後の放射率が０.５ 以上（好ましくは０.９ 以上）、ろう付温度に耐え得るセラミック系材を耐腐食性塗料４として使用している。
【００３４】
次に、コイル素線群３を束線箱体１に組込んだ際、コイル素線２と束線箱体１とのギャップが平均値で２００μｍ以下となるように、束線箱体１(収容室１ａ)を機械加工、或いは、束線箱体１を外部から加圧整形する。コイル素線２と束線箱体１とのギャップの平均値は、前述した数式１によって求められる。
【００３５】
（５）処理工程Ｖ
処理工程Ｉ乃至処理工程IVの一連の処理工程を経て得られたコイル素線群３の各素線の列間並び、及び、コイル素線２と束線箱体１との間に所定量のろう材５を配置し、束線箱体１の収容室１ａに組込む。次に、収容室１ａに組込まれたコイル素線群３の上にろう材５を置き、その上に蓋７を置く。そして、これら全体を高調波加熱等によって７００℃乃至８００℃で加熱する。これによって、コイル素線群３は束線箱体１に接合される。
【００３６】
（６）処理工程VI
処理工程VIにおいて、コイル素線群３端部に耐腐食性塗料４を塗布する処理について説明をしたが、この耐腐食性塗料４の代わりに、コイル素線群３と束線箱体１との接合後、コイル素線群３端部を耐腐食性異種金属によってメッキ処理しても構わない（どちらか一方を選択すればよい）。
【００３７】
この場合、束線箱体１の収容室１ａに組込まれたコイル素線群３端部、即ち、冷却媒体給排室１ｂ側に露出するコイル素線２間、コイル素線２と束線箱体１との間、冷却媒体給排室１ｂ側に面したコイル素線群３表面を、８０℃の耐腐食性異種金属の錫メッキ液（錫イオン濃度が０.１mol／ｌの化学還元メッキ液）に ６０分間浸漬して錫メッキ処理する。錫メッキ膜の厚さは必要に応じて液温，錫イオン濃度，浸漬時間を変えればよい。尚、耐腐食性異種金属としては、ニッケル、又は、銀であってもよい。
【００３８】
尚、本実施例においては、束線箱体１として図１に示した構造のものを採用した場合について説明したが、図３に示すような構造の束線箱体１を採用してもよい。図３に示した束線箱体１は、冷却媒体給排室１ｂにろう材逃げ溝部６が設けられているものであり、余剰なろう材が溜るようなっている。
【００３９】
以上本実施例によれば、コイル素線２に施されている素線絶縁を３００℃以上の温度で加熱焼鈍して除去し、燐酸等の無機酸によってコイル素線２の素材表面を１μｍ以上溶解除去するようにしたので、コイル素線２の素材表面が活性化され、ろう材との接合をよくすることができる。
【００４０】
また、機械加工により素線絶縁を除去してから３００℃以上の温度で加熱焼鈍し、それから、無機酸による溶解除去を行うようにしても、３００℃以上の温度で加熱焼鈍してから機械加工により素線絶縁を除去し、それから、無機酸による溶解除去を行うようにしても、コイル素線２の素材表面が活性化され、ろう材との接合をよくすることができる。
【００４１】
また、本実施例によれば、コイル素線２間のギャップが平均値で１００μｍ以下となるようにコイル素線群３を加圧整形し、また、コイル素線群３を束線箱体１に組込んだ際、コイル素線２と束線箱体１とのギャップが平均値で２００μｍ以下となるように、束線箱体１（収容室１ａ）を機械加工、或いは、束線箱体１を外部から加圧整形するようにしたので、コイル素線２間、及び、コイル素線２と束線箱体１との間のギャップの適正度がとれ、加熱によって溶融したろう材をコイル素線群３に均一にまんべんなく分散することができる。
【００４２】
さらに、本実施例によれば、収容室１ａに組込まれるコイル素線群３端部、即ち、冷却媒体給排室１ｂ側に露出するコイル素線２間、コイル素線２と束線箱体１との間、冷却媒体給排室１ｂ側に面したコイル素線群３表面に、耐腐食性塗料４を塗布し一括封止するようにしたので、ろう付部分に欠陥が発生しても、その部分の腐食開始を抑えることができると共に、ろう付部分以外に余剰なろう材を付着させることを防止できる。
【００４３】
また、耐腐食性塗料４の塗布に代わって、コイル素線群３と束線箱体１との接合後、束線箱体１の収容室１ａに組込まれたコイル素線群３端部、即ち、冷却媒体給排室１ｂ側に露出するコイル素線２間，コイル素線２と束線箱体１との間，冷却媒体給排室１ｂ側に面したコイル素線群３表面に、耐腐食性異種金属をメッキするようにしたもので、前記と同様にろう付部分に欠陥が発生しても、その部分の腐食開始を抑えることができる。
【００４４】
さらに、本実施例によれば、束線箱体１の収容室１ａに組込まれるコイル素線群３端部に塗布さる耐腐食性塗料４として、放射率が０.５ 以上（好ましくは ０.９ 以上）のセラミック系材を用いたので、ろう材の溶融状態を冷却媒体給排室１ｂ側に面したコイル素線群３表面の輝度によって測定できると共に、適正な温度管理ができ、ろう付時の加熱温度分布不均一によるろう材の異常な流れだしを防止することができる。これは、品質管理面で有効な手段である。
【００４５】
さらに、本実施例によれば、ろう材逃げ溝部６が設けられた束線箱体１を採用し、溶融して流れだしたろう材の余剰分をそのろう材逃げ溝部６に溜めるようにしたので、コイル素線２の中空内部にろう材が進入して詰まり、冷却水の流路阻害を起こすのを防止することができる。
【００４６】
尚、本発明者らは、ろう付部分の欠陥状況を調べるため、発電機の固定子コイル端部をコイルの長さ方向にＸ線ＣＴで垂直断面撮影し、コイル素線間，コイル素線群と束線箱体との間，コイル素線群と蓋との間の非破壊検査を１２の実施例について行い評価した。
【００４７】
評価については、コイルの長さ方向のろう付長さ（設計設定値）に対するろう付欠陥部の累積長さの割合で示される欠陥発生率と、発電機の固定子コイル端部を水温７０℃，ｐＨ≒３，溶存酸素２０ppb の水中に１８０日間放置した時の冷却媒体給排室側コイル素線群３端部のろう付部分からの腐食の長さを測定し、これを水中放置時間で割って求めた腐食速度とにより評価した。
【００４８】
表１は、評価結果と１２の実施例の実施条件を纏めたものである。
【００４９】
【表１】
この表１から以下のことを確認できた。
【００５１】
実施例２のように、処理工程III の燐酸等の無機酸によるコイル素線の溶解除去を行わないものでは、ろう付欠陥の発生率が高く、腐食速度が速いことが確認できた。従って、燐酸等の無機酸によるコイル素線の溶解除去、即ち、コイル素線の素材表面の活性化がいかに重要か判る。
【００５２】
また、実施例４のように、ろう材逃げ溝部が設けられていない束線箱体を採用したものでは、ろう付時溶融した余剰ろう材がコイル素線の中空内部に進入し、穴詰まりを起こすことが確認された。尚、実施例５は、実施例４同様にろう材逃げ溝部が設けられていない束線箱体を採用しているが、コイル素線群端部にセラミック系材の耐腐食性塗料を塗布しているので、ろう付部分以外に余剰なろう材を付着を防止している。
【００５３】
また、実施例７のように、低い温度で加熱焼鈍処理されたものでは、素線整線性の関係から、ろう付欠陥発生率が高くなる傾向にあることが確認された。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、コイル素線を３００℃以上の温度で加熱焼鈍してその外周部に施されている素線絶縁を除去し、素線絶縁の除去されたコイル素線の素材面を無機酸により１μｍ以上溶解洗浄し、溶解洗浄されたコイル素線を束ね、コイル素線間のギャップの平均値が１００μｍ以下，コイル素線と接合される束線箱体との間のギャップの平均値が２００μｍ以下となるように整形整線し得られたコイル素線群にろう材を配置して束線箱体に組込み、これを所定の温度で加熱し接合するようにしたので、コイル素線の素材表面が活性化され、ろう材との接合をよくすることができると共に、コイル素線間、及び、コイル素線と束線箱体との間のギャップの適正度がとれ、加熱によって溶融したろう材をコイル素線群に均一にまんべんなく分散することができる。
【００５５】
また、本発明によれば、コイル素線を所定の温度で加熱焼鈍してその外周部に施されている素線絶縁を除去し、素線絶縁の除去されたコイル素線の素材面を無機酸により溶解洗浄し、溶解洗浄されたコイル素線を束ねて所定の寸法に整形整線し、整形整線されたコイル素線に放射率０.５ 以上のセラミック系材の耐腐食性塗料を塗布し得られたコイル素線群にろう材を配置して束線箱体に組込み、これを所定の温度で加熱し接合するようにしたので、ろう付部分に欠陥が発生しても、その部分の腐食開始を抑えることができると共に、ろう付部分以外に余剰なろう材を付着させることを防止できる。また、ろう材の溶融状態をコイル素線群表面の輝度によって測定できると共に、適正な温度管理ができ、ろう付時の加熱温度分布不均一によるろう材の異常な流れだしを防止することができる。
【００５６】
また、本発明は、コイル素線を所定の温度で加熱焼鈍してその外周部に施されている素線絶縁を除去し、素線絶縁の除去されたコイル素線の素材面を無機酸により溶解洗浄し、溶解洗浄されたコイル素線を束ねて所定の寸法に整形整線し得られたコイル素線群にろう材を配置して束線箱体に組込み、これを所定の温度で加熱して接合し、束線箱体内に露出しているコイル素線群表面に耐腐食性異種金属を施すようにしたので、ろう付部分に欠陥が発生しても、その部分の腐食開始を抑えることができる。
【００５７】
従って、本発明によれば、コイル素線の外周部に施された素線絶縁の除去，コイル素線の外周部表面に付着している不純物の除去，整形整線、及び、コイル素線群を収納した束線箱体の加熱処理においてろう付部分に発生する欠陥の発生率を低減させることのできる信頼性の高い発電機コイル端部の接合方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である発電機の固定子コイルと束線箱体とのろう付接合を説明するための分解斜視図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図(束線箱体に固定子コイルが収まった状態における断面図)。
【図３】ろう材逃げ溝部を設けた束線箱体の斜視図。
【符号の説明】
１…束線箱体、１ａ…収容室、１ｂ…冷却媒体給排室、１ｃ…連通管、２…コイル素線、３…コイル素線群、４…耐腐食性塗料、５…ろう材、６…ろう材逃げ溝部、７…蓋、８…給排用口金具、９…通電接続片。
Claims (9)
- コイル素線を所定の温度で加熱焼鈍してその外周部に施されている素線絶縁を除去し、該素線絶縁の除去されたコイル素線の素材面を無機酸により溶解洗浄し、該溶解洗浄されたコイル素線を束ねて所定の寸法に整形整線し得られたコイル素線群にろう材を配置して束線箱体に組込み、これを所定の温度で加熱し接合する発電機コイル端部の接合方法。
- 複数のコイル素線からなるコイル素線群と束線箱体とをろう付接合する発電機コイル端部の接合方法において、前記コイル素線を３００℃以上の温度で加熱焼鈍してその外周部に施されている素線絶縁を除去し、該素線絶縁の除去されたコイル素線の素材面を無機酸により１μｍ以上溶解洗浄し、該溶解洗浄されたコイル素線を束ね、該コイル素線間のギャップの平均値が１００μｍ以下、該コイル素線と前記接合される束線箱体との間のギャップの平均値が２００μｍ以下となるように整形整線し得られたコイル素線群を、前記束線箱体にろう付接合することを特徴とする発電機コイル端部の接合方法。
- 前記コイル素線間、及び、前記コイル素線と前記接合される束線箱体との間のギャップの平均値は、前記コイル素線群の加圧整形、又は、前記コイル素線の無機酸による溶解洗浄、又は、前記束線箱体の加圧整形、又は、前記束線箱体の機械加工により調整することを特徴とする請求項２記載の発電機コイル端部の接合方法。
- 前記コイル素線の外周部に施されている素線絶縁を、前記加熱焼鈍の前、或いは、前記加熱焼鈍の後に機械加工で除去することを特徴とする請求項２記載の発電機コイル端部の接合方法。
- コイル素線を所定の温度で加熱焼鈍してその外周部に施されている素線絶縁を除去し、該素線絶縁の除去されたコイル素線の素材面を無機酸により溶解洗浄し、該溶解洗浄されたコイル素線を束ねて所定の寸法に整形整線し、該整形整線されたコイル素線に耐腐食性塗料を塗布し得られたコイル素線群にろう材を配置して束線箱体に組込み、これを所定の温度で加熱し接合する発電機コイル端部の接合方法。
- 前記耐腐食性塗料として放射率０.５ 以上のセラミック系材を使用することを特徴とする請求項５記載の発電機コイル端部の接合方法。
- コイル素線を所定の温度で加熱焼鈍してその外周部に施されている素線絶縁を除去し、該素線絶縁の除去されたコイル素線の素材面を無機酸により溶解洗浄し、該溶解洗浄されたコイル素線を束ねて所定の寸法に整形整線し得られたコイル素線群にろう材を配置して束線箱体に組込み、これを所定の温度で加熱して接合し、前記束線箱体内に露出しているコイル素線群表面に耐腐食性異種金属を施す発電機コイル端部の接合方法。
- 前記耐腐食性異種金属として錫、又は、ニッケル、又は、銀を使用することを特徴とする請求項７記載の発電機コイル端部の接合方法。
- 前記束線箱体としてろう材逃げ溝部を設けた束線箱体を用いたことを特徴とする請求項１，２，５，７記載の発電機コイル端部の接合方法。
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