JP3788386B2 - 発電機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機回転子に複数の界磁巻線が装備され、前記界磁巻線の異極間を電気的に接続する接続線を備えた発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のタービン発電機回転子の極間接続装置に界磁巻線の異極間を電気的に接続するのに採用されている板状の接続線は、特開昭４９−１０５１０２号公報，特開昭５０−４５０４号公報，特公昭６２−１００９８号公報，特公昭６２−３１５７７号公報に記載のように、接続線の中央部に湾曲部を設けて界磁巻線間の相対的変位を吸収出来るように形成されている。
【０００３】
そのため、各界磁巻線が回転子の周方向に熱膨張して各界磁巻線間の間隔が変化しても、接続線の湾曲部のたるみでその変化を吸収し断線することなく接続線の機能を維持できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、回転子の回転軸方向に各界磁巻線が熱膨張した際に、各界磁巻線ごとに熱膨張差が相違すると、その相違による接続線に働く無理な力を吸収しにくく接続線に変形を受ける。又、回転子の回転によって接続線には、運転中に大きな遠心力を受ける。そのため、タービン発電機の起動・停止に伴って、周方向及び軸方向の強制的な繰返し変形を受けている。
【０００５】
そのため、接続線は、タービン発電機の起動停止回数の著しい増加により、接続線が無理な変形を受けてついには損傷する可能性があり、損傷した場合にはその補修に多大の時間と労力を費やすことになる。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、したがって、その目的とするところは、高頻度の起動停止回数で使用しても破断することの少ない、信頼性の高い発電機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、回転胴部、前記回転胴部に取付けられた複数の界磁巻線、及び隣接する前記界磁巻線の異極間を電気的に接続し且つ曲げられた屈曲部を有する導電体とを有する回転子を備え、各々の前記界磁巻線が周方向において前記回転子に形成された複数のスロットであって前記回転子の軸方向に延びる前記各スロット内に挿入されている発電機において、前記導電体は、前記屈曲部の先端が前記回転子の軸方向を向いて前記隣接する界磁巻線間に配置されている構成を発電機に採用したものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。本発明の実施例であるタービン発電機は、図１０に示すように、回転胴部１及び複数の界磁巻線４（タービン発電機の回転界磁巻線ともいう。）を有する回転子２１と、回転子２１を取り囲む固定子（図示せず。）を備えている。回転胴部１の表面部には、周方向に間隔を置いて複数のスロット（図示せず。）が形成されており、各スロットは回転子２１の軸方向に延びている。各界磁巻線４は、回転体である回転胴部１に設けられた複数のスロットに挿入され、多数個のウェッジ２で保持されている。
【０００９】
このようにして、タービン発電機は、回転子２１に２極あるいは４極の界磁極を有しており、そしてこれらの界磁極は、Ｎ極，Ｓ極の異極が交互に配置され、それぞれ界磁巻線および界磁鉄心を備えている。
【００１０】
また、この界磁巻線４の軸方向の端部には、界磁巻線が回転子の回転時の遠心力等によって飛び出さないように、リテイニングリング５，エンドスペーサ２０やエンドリング６が取付けられている。そして互いに隣接するすなわち異極の界磁巻線４同士は、それぞれの界磁巻線の最上層のターン部に、図１，図２及び図１１に示すようにいずれかの導電体１２の両端部を銀ろう（あるいは半田付けなど）で冶金的に取付けることによって電気的且つ機械的に接続されている。
【００１１】
その導電体１２は、通電電流によって過熱することが少ないように、かつ、界磁巻線の伸縮に追従するような可撓性を持たせるために、導電性の良い銅あるいは銅合金の板で構成されている。このように、タービン発電機の回転界磁巻線の極間接続装置には、導電性の良い金属板構造でフレキシブルとなした導電体１２を有する。
【００１２】
導電体１２の部分の構造を図１，図２及び図１１を用いて詳細に説明する。隣接する両方の界磁巻線４の最上層部に、回転子２１の周方向を向くように銅板製の連結板１８がそれぞれ取付けられ、隣接する界磁巻線４間に形成される間隙側に張り出している。一枚の銅板で構成される導電体１２の両端部の側面が図１に示すように各連結板１８の張り出し部に銀ろう等で接合されている。隣接する界磁巻線４の異極間は導電体１２，連結板１８によって電気的に及び機械的に接続される。連結板１８も導電体である。
【００１３】
導電体１２は、連結板１８が取付けられて隣接している界磁巻線４間に配置されており、途中部分が円弧状に折り曲げられて曲面１５を形成した円弧形状部１１を有する。その円弧形状部１１は屈曲部であり、円弧形状部１１の長手方向、即ち折り目方向１９は回転子２１の回転によって導電体１２に生じる遠心力の遠心力方向１４、即ち回転子２１の半径方向に沿って配置される。
【００１４】
このようにすることにより、円弧形状部１１で折り曲げられた導電体１２は、連結板１８より界磁巻線４の長手方向１７、即ち回転子２１の軸方向に向かって延びており、円弧形状部１１の先端が回転子２１の軸方向を向いている。導電体１２の界磁巻線４と対向する側面の大部分は、連結板１８より回転子２１の軸心側に位置し、導電体１２の板幅の方向は回転子２１の半径方向となっている。ちなみに、前述した従来例は、円弧形状部１１の先端が回転子２１の半径方向を向くように界磁巻線４に接合されている。
【００１５】
このような導電体１２は異極の界磁巻線４間の狭い隙間に配置されており、導電体１２のフレキシブル部の方向１６は、界磁巻線４の長手方向１７と平行で、かつ遠心力方向１４と直角方向に設定できる。さらに、円弧形状部１１が形成されたフレキシブル部の銅板が遠心力方向でかつ直角に形成されていると、運転時の遠心力に対する導電体１２の断面係数が大きくなり、遠心力に対する剛性が増し、座屈による変形が皆無になる。
【００１６】
すなわち従来のような遠心力方向１４への折れ曲がりの発生が抑制される。さらに、円弧形状部１１が設けられているので異極の界磁巻線４の長手方向１７と直交する方向１３の伸縮の繰返しを十分吸収されるようになる。さらに、この実施例の場合、導電体１２に円弧形状部１１を設けているので、異極の界磁巻線４の長手方向１７の伸縮の繰返しも十分吸収することができる。したがって、遠心力による座屈変形による折れ曲がりの発生が抑制されて、繰返し変形に対する疲労強度が向上する。
【００１７】
図３および図４には導電体の他の第１実施例が示されている。これらの図から明らかなように、本実施例の場合は、導電体１２の２箇所を円弧状に折り曲げて両端部に円弧形状部１１を設けているので、異極の界磁巻線４の長手方向１７の大きな伸縮の繰返しも十分吸収することができる。その他の構成や作用は前述の図１，図２，図１０，図１１に示す実施例と同じである。
【００１８】
図５および図６には導電体の他の第２実施例が示されている。これらの図から明らかなように、本実施例の場合は、導電体１２の２箇所をＵ字型の円弧状に折り曲げて両端部に円弧形状部１１を設けている。異極の界磁巻線４の長手方向１７の伸縮の繰返しが小さいことが明らかな場合には、円弧形状部１１をＵ字型の円弧状に曲げた形状でも伸縮の繰返しを吸収することができる。その他の構成や作用は前述の図１，図２，図１０，図１１に示す実施例と同じである。
【００１９】
図７には導電体の他の第３実施例が、図８には導電体の他の第４実施例が示されている。これらの図から明らかなように、第３実施例の場合は、前述の図１，図２，図１０，図１１に示す実施例の導電体１２の銅板を２枚の同じ厚さの銅板２２，２３を重ねて構成したものであり、合せた厚さは、前述の図１，図２，図１０，図１１に示す実施例の導電体１２の１枚ものの銅板の厚さと同じである。第４実施例の場合は、他の第１実施例の導電体１２の銅板を２枚の同じ厚さの銅板２２，２３を重ねて構成したものであり、合せた厚さは、他の第１実施例に示した１枚ものの銅板の厚さと同じである。
【００２０】
導電体１２に係る第３，４実施例のいずれでも二枚の銅板２２，２３の一枚毎の厚みが他の実施例の導電体の銅板の厚さの半分になったことにより、界磁巻線４の長手方向１７と直交する方向１３および界磁巻線４の長手方向１７の伸縮の繰返しにおいて、１枚ものの場合に比べて銅板２２，２３に生じるひずみが小さくなるので疲労寿命がより延伸する。その他の構成や作用は第３実施例は前述の図１，図２，図１０，図１１に示す実施例と同じで、第４実施例は前述の第１実施例と同じある。
【００２１】
以上の実施例に関し、その疲労強度特性を検討した結果は次のとおりである。即ち、図９は接続線単品に実機と同じように周方向（接続線の長手方向）と軸方向（接続線の直角方向）に同時に繰返し変位を与える２軸疲労試験を行った結果である。この図は繰返し等価変位量と疲労き裂発生回数との関係で示されている。なお、等価変位量は、周方向変位量と軸方向変位量の相乗平均として求めたものである。同図から明らかなように、１枚の銅板からなる本発明の実施例の疲労強度特性線Ｂの方が、従来品の疲労強度特性線Ｃよりも約４倍以上も疲労寿命が長いことがわかる。さらに、１枚板の場合の半分厚さの２枚の銅板からなる本発明の実施例の疲労強度特性線Ａの方は、従来品の疲労強度特性線Ｃよりも１０倍以上も疲労寿命が優れていることがわかる。
【００２２】
上述のように本発明の各実施例は、隣接する最外層の異極の界磁巻線４間を接続する導電体１２の、その湾曲部の湾曲方向を異極の界磁巻線４の軸方向、即ち長手方向１７と平行で、かつ、回転子２１が回転した際の遠心力方向１４と直角にするとともに、かつ、円弧形状部１１を設け、さらに、円弧形状部１１に対して直角方向に突出した銅板製の連結板１８部を有し、この連結板１８に界磁巻線４と導電体１２とをろう付けで冶金的に接合し、電気的にかつ機械的に結合するようにした。そのため、遠心力方向１４に対する導電体１２の断面係数が大きくなり、遠心力に対する剛性が増し、座屈による変形が皆無になる。すなわち、遠心力方向１４への折れ曲がりの発生が抑制される。折れ曲がりがなくなり、大きな伸縮の繰返しも十分吸収することができる。さらに、繰返し変位に対する疲労強度が大となって、高頻度の起動停止回数で使用しても破断することの少ない、信頼性の高いタービン発電機回転子の極間接続装置を得ることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、発電機の運転時の遠心力や異極の界磁巻線間の相対変位をうけても極間接続装置部分が損傷しにくい発電機が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によるタービン発電機の異極界磁巻線の極間接続装置の上平面図である。
【図２】図１の立面図である。
【図３】導電体の他の第１実施例を採用した本発明の実施例によるタービン発電機の異極界磁巻線の極間接続装置の上平面図である。
【図４】図３の立面図である。
【図５】導電体の他の第２実施例を採用した本発明の実施例によるタービン発電機の異極界磁巻線の極間接続装置を示す上平面図である。
【図６】図５の立面図である。
【図７】導電体の他の第３実施例を採用した本発明の実施例によるタービン発電機の異極界磁巻線の極間接続装置を示す上平面図である。
【図８】導電体の他の第４実施例を採用した本発明の実施例によるタービン発電機の異極界磁巻線の極間接続装置を示す上平面図である。
【図９】タービン発電機の異極界磁巻線の極間接続装置の従来例と本発明の実施例とに関する繰返し変位量と疲労き裂発生寿命の関係を示す特性グラフ図である。
【図１０】本発明のタービン発電機の回転子部分の一部断面表示による斜視図である。
【図１１】図１０の極間接続装置周辺を拡大して示す斜視図である。
【符号の説明】
１…タービン発電機の回転子の回転胴部、２…ウェッジ、４…界磁巻線、５…リテイニングリング、６…エンドリング、１１…円弧形状部、１２…導電体、１３…界磁巻線４の長手方向１７と直交する方向、１４…遠心力方向、１５…曲面、１７…界磁巻線４の長手方向、１８…連結板、１９…折り目方向、２０…エンドスペーサ、２１…回転子、２２，２３…銅板。

Claims (4)

1. 回転胴部、前記回転胴部に取付けられた複数の界磁巻線、及び隣接する前記界磁巻線の異極間を電気的に接続する導電体を有する回転子を備え、各々の前記界磁巻線が周方向において前記回転子に形成された複数のスロットであって前記回転子の軸方向に延びる前記各スロット内に挿入されている発電機において、
   前記導電体は、前記隣接する界磁巻線間に配置されている連結板と、前記連結板に隣接して設置され先端が前記回転子の軸方向を向いている屈曲部と、有することを特徴とする発電機。
2. 請求項１において、前記屈曲部には曲面が形成されていることを特徴とする発電機。
3. 請求項１又は請求項２において、前記導電体は、前記屈曲部が複数存在することを特徴とする発電機。
4. 請求項１又は請求項２又は請求項３において、前記導電体の屈曲部は、複数枚の導電性の板を重ねて構成したことを特徴とした発電機。

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