JPH07184347A - 電気的な機械のロータにおける励磁電流導電装置 - Google Patents

電気的な機械のロータにおける励磁電流導電装置

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JPH07184347A
JPH07184347A JP6235689A JP23568994A JPH07184347A JP H07184347 A JPH07184347 A JP H07184347A JP 6235689 A JP6235689 A JP 6235689A JP 23568994 A JP23568994 A JP 23568994A JP H07184347 A JPH07184347 A JP H07184347A
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exciting current
coupling
rotor
pin
shaft
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JP6235689A
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Ernst Brem
ブレーム エルンスト
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
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    • H02K3/52Fastening salient pole windings or connections thereto
    • H02K3/527Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to rotors only
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K23/02DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by arrangement for exciting
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 励磁導電装置を改良して、電気的絶縁、励磁
導体の支持、分解性及びガス密性に関し、すべて運転に
応ずるようにする。 【構成】 スリップリング装置もしくは励磁装置はロー
タ軸に解離可能なカップリングを介して結合されている
軸ジャーナルの上に配置されている。中央の軸孔にピン
側の接続片36,37を設け、この接続片に半径方向に
延びる電流供給ピンを解離可能に固定し、励磁電流導体
を円形横断面を有する金属製の管として構成し、この管
を他端で内実のカップリング側の接続片36,37と固
定的に結合した。この接続片36,37の端部はカップ
リングにおけるシールプレート43を貫き、これに対し
て電気的に絶縁されている。ロータ軸1と、カップリン
グ側の接続片36,37の、シールプレート43を貫く
端部とに対するシールプレート43のシールはシールリ
ング50〜59によって行なわれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電気的な機械、特にター
ボゼネレータのロータにおける中央の軸孔における励磁
電流導電装置であって、ロータの中央を軸方向に延び
る、対を成して配置された、導体長手方向に冷却通路を
備えた励磁電流導体を一方ではロータ軸内に半径方向に
配置された、ロータ巻線のための電流供給ピンに接続し
かつ他方では軸ジャーナルの上に配置された励磁電流源
と接続しており、該軸ジャーナルがロータの被駆動側の
軸端に解離可能なカップリングによって固定されている
形式のものに関する。この場合、本発明は例えばUS−
A−3457440号明細書に開示されている公知技術
から出発している。
【0002】
【従来技術】ターボゼネレータにおいてはロータにおい
てロータ巻線に向かって励磁導線を案内することは一般
的に中央の軸孔内で行なわれる。軸孔内の導体はたいて
い半円形の横断面を有しかつ内実であって、周囲に対し
かつ互いに絶縁されている。中央を案内された内実導体
からロータ巻線への接続は内実導体に半径方向にねじ込
まれた電流供給ピンを介して形成される。この電流供給
ピンはロータの励磁巻線と接続されている。
【0003】励磁導体は対を成して構成され、被駆動側
の軸受の下を励磁電流源に向かって延びている。これは
スリップリング装置であることができる。しかしながら
電流源は冒頭に述べたUS−A−3457440号明細
書の場合のように、回転するトランスフォーマによって
給電される回転する整流装置であることもできる。両方
の形式の励磁電流源は以後励磁装置と呼ぶことにする。
大きな電気的な機械においては励磁装置は通常は主機械
に解離可能なカップリングを介して結合されている。
【0004】励磁導体内には数百アンペアになることの
ある励磁電流が流れる。さらに励磁導体は大きなターボ
ゼネレータの場合には著しい長さ、たいていは数メート
ルの長さを有している。この理由から大きな励磁導体横
断面が必要である。従来、適当であると見なされていた
ことは、両方の導体が円形横断面を有する導体配置を補
完するように導体の横断面を形成することである。冷媒
(ガス又は液体)は液体で冷却された励磁巻線を有する
機械の場合には励磁導電装置の冷却通路に供給され、中
央の軸孔の横の別個の通路を介して再び導出される。ガ
スで冷却された機械の場合には冷却ガスの供給は機械ベ
ンチレータの流出室と接続された半径方向の軸孔を介し
て行なわれる。冷却ガスは励磁導体内の冷却通路を貫流
し、電流供給ピンにおいて再びロータから流出する。
【0005】空気冷却される機械においては前述の技術
は問題を起さない。場合によって生じる漏れはいずれに
しても冷却作用に影響を及ぼす。これに対して水素冷却
された機械の場合には事情が全く異なっている。この場
合、もっとも問題となる範囲は主機械と励磁機械とのカ
ップリングである。すなわち、電気的な絶縁、励磁導体
の支持、分解性及びガス密性は励磁導体の錯雑した幾何
学的な形状の場合には費用のかかる処置だけによって実
現可能である。
【0006】さらにこのような励磁導体はそれが規格成
形体ではないのできわめて高価である。
【0007】
【発明の課題】公知技術から出発して、本発明の課題
は、冒頭に述べた形式の励磁導電装置を改良して、電気
的な絶縁、励磁導体の支持、分解性及びガス密性に関
し、すべての運転要求に十分に応えられるようにするこ
とである。
【0008】
【課題を解決する手段】本発明の課題は、励磁電流導体
のカップリング側の端部がカップリング側の接続片と固
定的に結合されており、前記接続片がほぼ円形の横断面
を有し、その端部でシールプレートにおける、軸方向に
延びる貫通孔を貫いておりかつシールプレートに対して
電気的に絶縁されており、この場合、シールプレートが
カップリングの範囲において軸端とねじ結合されてお
り、シールプレートをロータ軸に対してかつカップリン
グ側の接続片の、シールプレートを貫く端部に対してガ
ス密にシールする手段が設けられていることによって解
決された。
【0009】本発明の有利な1実施態様によれば、中央
の軸孔内にピン側の接続片が設けられ、この接続片内に
前記電流供給ピンが解離可能に固定されており、励磁電
流導体が円形横断面を有する金属製の管として構成さ
れ、ピン側の接続片と固定的に結合されており、この管
が他方の端部においてカップリング側の接続片と固定的
に接合されておりかつその端部でシールプレートを貫い
ている。
【0010】本発明は技術的に必要でかつ有意義である
ところならどこでも、シール面を幾何学的に簡単に構成
し、有利には平ら又は円形のシール面として形成すると
いう思想に基づいている。シールする手段だけではな
く、電気的に絶縁する手段も設けられていなければなら
ないので協働的に絶縁の簡易化が得られる。何故ならば
平らでかつ円形の対象物体は絶縁が錯雑した幾何学的形
状を有する対象物体よりも容易であるからである。さら
に本発明の別の利点は、各構成部分の製作が簡単でかつ
経済的であり、場合によっては規格部分を使用できるこ
とである。
【0011】本発明の実施例とこれによって達成可能な
利点は以下に図面を用いて詳細に説明する。
【0012】
【実施例】本発明を説明する前にまず、ガス冷却された
ターボゼネレータの被駆動側の端部の概略的な縦断面図
である図1を用いて、このような機械の従来の構成を説
明する。
【0013】ロータ2の軸1は中央の孔3を備えてい
る。この孔3内には対を成して励磁電流導体4,5が位
置している。この励磁電流導体4,5はロータ巻線6を
半径方向の軸孔7aもしくは8a内を延びる、半径方向
に配置された第1の供給ピン7,8を介してかつ接続導
体9を同様に半径方向の軸孔11aもしくは12a内に
配置された第2の供給ピン11,12を介して被駆動側
の軸端における両方のスリップリング13,14と接続
する。スリップリング13,14と第2の供給ピンは、
解離可能なカップリング16(カップリング半部17,
18)を用いてロータ軸1と結合されている軸ジャーナ
ル15の上に配置されている。このカップリング16の
範囲においては励磁電流導体4,5は規則的に分離さ
れ、電気的なカップリング(図示せず)が設けられてい
る。カップリング16から第2の供給ピンへ通じる励磁
電流導体は符号4aもしくは5aで示されている。
【0014】励磁電流導体4,5,4a及び5aは公知
の機械では半円形の横断面を有し、互いにかつ軸1もし
くは軸ジャーナル15に対して電気的に絶縁されてい
る。この絶縁は図1もしくは詳細図においては符号19
もしくは20で示され、励磁電流導体において導体長手
方向に延びる冷却通路は符号21で示されている。
【0015】念のために図1にはアキシャルベンチレー
タ22が記入してある。ロータの支承個所は一点鎖線2
3によってかつ軸ジャーナルの支承個所は一点鎖線24
で表わされている。水素冷却された機械の場合にはベン
チレータ22とカップリング16との間の軸区分に、過
圧下にある、水素で充たされた機械内室を外界からガス
密に分離するための軸シール(図1には記入されていな
い)が位置している。
【0016】既に冒頭で述べたように、大きな機械の場
合には励磁電流導体4,5は冷却されている。このため
には励磁電流導体は導体長手方向に延びる冷却通路21
を有している(図1の詳細図X参照)。この場合、孔を
通って流れる冷却ガスの供給及び(又は)排出は種々の
形式で行なうことができる(US−A−2286871
号又はUS−A−3393333号明細書)。この場合
に発生する、励磁電流導体のガス密なシールに関連した
問題はどこでも同じである。
【0017】本発明はこれから出発しており、本発明は
技術的に必要でかつ有意義であるところはどこでも、シ
ール面を幾何学的に簡単に形成し、有利には平ら又は円
形であるシール面を与え、本来の励磁電流導電装置に規
格成形体を使用するという思想を根底としている。この
観点に従って構成された実施例は図3から図8までに示
されている。この場合には図1と同じ部分には可能な限
り同じ符号が付けられている。
【0018】中央の軸孔9内にある、たいてい数メート
ルの長さを有する本来の励磁電流導体は銅管25,26
から成り、この銅管25,26は絶縁管27もしくは2
8で取囲まれている。銅管25,26の内部は冷却通路
29と30を形成している。ピン側の端部においては銅
管25,26は、半円形の横断面を有する鋼製の、ピン
側の接続片31もしくは32に開口しており、これに硬
質ろう接されている。絶縁板33は異なるポテンシャル
にある両方の接続片を電気的に絶縁するために役立つ。
絶縁管34は両方の接続片を軸1に対して絶縁する。接
続片31と32は半径方向に延びるねじ孔を備え、この
ねじ孔内には供給ピン7もしくは8のねじ山を備えた端
部がねじ込まれている。同じ目的のために、供給ピン7
と8が外へ導き出される半径方向の軸孔における絶縁管
34,35が役立つ。さらに接続片は孔31aもしくは
32aを備え、この孔31aもしくは32aは冷却通路
29,30と、供給ピン7,8のシャフトと前述の絶縁
管34もしくは35との間のリング室との間の自由な接
続を行なう。
【0019】図5には励磁電流導電装置のカップリング
側の端部部分の拡大された縦断面が示されている。この
場合には、銅管25,26は円形横断面を有する、カッ
プリング側の接続片36もしくは37と硬質ろう接され
ている。接続片36もしくは37の外径は銅管25もし
くは26の外径に相当している。接続片36,37は銅
管に向かって開く袋孔38もしくは39を備えている。
この袋孔38もしくは39は冷却通路29と30の延長
を形成する。接続片36,37は絶縁体40内に配置さ
れ、この絶縁体40は側方の2つの面取部を除いて軸孔
3を充たしている。側方の貫通孔41,42は前述の面
取部から延び、両方のカップリング側の接続片36,3
7をも貫く。これによって冷却通路29,30と、銅管
25もしくは26の間の空間との間に自由な接続が形成
され、これを通ってあとから記述する形式で冷却ガスが
前述の冷却通路を経て導かれる。
【0020】銅管25,26と結合された接続片36,
37は管25,26と一体に、例えば図6に示されてい
るように構成されていることもできる。この場合には銅
管25,26はその端部25a,26aでシールプレー
ト43を貫通する。管内部にろう接された挿入体36
b,37bは管内部、ひいては冷却通路29,30を外
界に対してガス密にシールする。
【0021】カップリング側の接続片36,37もしく
は閉じられた管端部25a,26aは絶縁体40の、カ
ップリング側の端面から突出する。接続片36,37の
端部36a,37aもしくは管端部25a,26aは金
属製の、円板状のシールプレート43を貫き、このシー
ルプレート43から同様に軸方向に突出する。接続片3
6,37の端部もしくは管端部25a,26aの前記端
部に差嵌められた絶縁管44,45は該端部を金属製の
シールプレート43に対して絶縁する。
【0022】図3から判るように軸1の端面側には段階
付けられた旋削部46が設けられている。シールプレー
ト43は後ろの円形の旋削部46aにねじ47でねじ込
まれている。前方の旋削部46bは励磁導体4と5もし
くは4aと5aの、図示されていない電気的なカップリ
ングを受容するために役立つ。
【0023】軸に対してシールプレート43をガス密に
シールするためにはシールプレート43のピン側の端面
に2つの同心的なリング溝48,49が設けられてい
る。このリング溝48,49にはシールリング50もし
くは51、いわゆるOリングが挿入されている。カップ
リング側の接続片36もしくは37の、絶縁体40から
突出する端部36a,37aもしくは管端部25a,2
6aを絶縁管44もしくは45に対してシールすること
及び絶縁管44と45をシールプレート43に対してシ
ールすることは同様に対を成して配置されたシールリン
グ52,53と54,55もしくは56,57と58,
59を介して行なわれる。この場合、シールリング52
から55までは接続片36,37の端部36aと37a
もしくは管端部25a,26aにおけるリング溝内に位
置している。シールリング56から59はシールプレー
ト43の2つの軸方向の貫通孔の内壁におけるリング溝
内に位置している。
【0024】すべてのシール面は平らな面又は円形の面
であり、簡単な手段で確実にシールできる。図5からは
っきり判るようにこのような形式でカップリングに対す
る軸孔3の完全なシールが達成される。さらに記述した
構成は励磁電流導電装置の簡単な取外しを可能にする。
すなわち、両方のカップリング半部17,18を分離し
かつねじ47をゆるめ供給ピン7,8を取外したあとで
励磁電流導電装置全体は簡単に軸孔から引出すことがで
きる。
【0025】図3及び図9に示された軸孔3の中央区分
の横断面図から判るように励磁電流導体(銅管25と2
6)は遠心力作用に抗して支えられかつセンタリングさ
れている。このためには2部分から成るX状のアルミニ
ウム体60が使用されている。このアルミニウム体は半
部60と60bとから成り、軸孔3内に挿入されてい
る。両方の半部はピン61とナット62で互いにねじ結
合されている。この場合には同時に絶縁された銅管2
5,26が保持される。アルミニウム体60と軸孔3の
壁との間の摩擦腐蝕を避けるためには軸方向に延びる溝
が脚部端部に設けられ、該溝内にプラスチックストリッ
プ63が挿入されている。
【0026】励磁導電装置の提案された構造は円形横断
面を有する銅管25,26を使用することで、高い電流
を導くこの導体の申し分のない冷却を可能にする。ベン
チレータ22の後ろの流出室からの冷却ガス、正確には
ロータ巻線ヘッドの下の冷却ガス室からの冷却ガスは通
路60,61(図8)を介して軸孔9に導かれ、そこで
軸孔の壁と絶縁された銅管25,26との間の空間を通
ってカップリング側の接続片36もしくは37に流れ
る。そこで冷却ガスは側方の孔41,42を介して銅管
25,26の内部へ流入し、銅管25,26を貫流し、
ピン側の接続片31もしくは32と供給ピン7,8のた
めの半径方向の軸孔7a,8aを介して再びロータか
ら、同様にロータ巻線ヘッドの下にある加熱ガス室へ流
出する。この冷却もしくは加熱ガス室の配置はEP−A
−0547360号明細書もしくは本願出願人による
9.12.1992の、内容の同じであるUS特許出願
07/988.192明細書に詳細に記載されており、
これを参照されたい。この場合に重要であることは圧力
差が存在するので流れが生じることである。
【0027】円形横断面を有する管として構成された励
磁導体を用いた有利な実施例の他に、本発明は半円形の
横断面を有する励磁導体の場合にも実現することができ
る。これは同じ部分もしくは同じ作用を有する部分が図
1から図9までの実施例と同じ符号で示されている図1
0と図11とに示されている。
【0028】励磁導体4もしくは5はピン状の移行片3
6′もしくは37′を備え、この移行片36′もしくは
37′は図3と図5とに示された接続片36と37とに
相当している。移行片36′と37′は励磁電流導体端
部4′,5′の端面側の孔70,71内にろう接又は螺
合させられている。移行片36′と37′とにおける孔
38,39は励磁電流導体4もしくは5の冷却通路21
と整合させられている。シールプレート43における移
行片36′,37′のシール及び軸1に対するシールプ
レート43のシールは図2から図8までに示されたのと
同じ形式で行なわれる。ピン状の移行片36′,37′
の代りに励磁電流導体4と5は励磁電流導体4,5と一
体に構成されたピンを備えていることもできる。さらに
絶縁体40はこの変化実施例では省略することもでき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】ターボゼネレータの駆動側でない端部の簡略化
された縦断面図。
【図2】図1のターボゼネレータの励磁導体の拡大横断
面図。
【図3】前述の端部部分の電流供給ピンからシールプレ
ートまでの範囲を詳細に示した縦断面図。
【図4】図3のAA線に沿った軸孔の拡大横断面図。
【図5】図3の拡大部分図。
【図6】カップリング側の励磁電流導体が択一的な構成
を有する図3の拡大された部分図。
【図7】シールプレートの平面図。
【図8】図5の移行部のBB線に沿った断面図。
【図9】半円形の横断面を有する励磁電流導体を有する
変化実施例をシールプレートの範囲で軸孔を縦断して示
した図。
【図10】図9の励磁電流導体からシールプレートへの
移行範囲のBB線に沿った横断面図。
【図11】図9のDD線に沿った断面図。
【符号の説明】
1 ロータ軸、 2 ロータ、 3 軸孔、 4,
4′,5,5′ 励磁電流導体、 4a,5a スリッ
プリングへの励磁電流導体、 6 ロータ巻線、7,8
第1の供給ピン、 7a,8a 半径方向の軸孔、
9,10 接続導体、 11,12 第2の供給ピン、
11a,12a 半径方向の軸孔、 13,14 ス
リップリング、 15 軸ジャーナル、 16 カップ
リング、17,18 カップリング半部、 19 絶縁
体、 20 絶縁体、 21 冷却通路、 23 支承
個所、 24 支承個所、 25,26 銅管、 2
7,28 絶縁管、 29,30 冷却通路、 31,
32 ピン側の接続片、 33 絶縁板、 34,35
絶縁管、 36,37 カップリング側の接続片、3
8,39 袋孔、 40 絶縁体、 41,42 貫通
孔、 43 シールプレート、 44,45 絶縁管、
47 ねじ、 48,49 リング溝、50,51,
52,53,54,55,56,57,58,59 O
リング、60 アルミニウム体、 61 ねじ、 63
プラスチックストリップ、 70,71 孔

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気的な機械、特にターボゼネレータの
    ロータにおける中央の軸孔(3)における励磁電流導電
    装置であって、ロータの中央を軸方向に延びる、対を成
    して配置された、導体長手方向に冷却通路を備えた励磁
    電流導体(4,5)を一方ではロータ軸(1)内に半径
    方向に配置された、ロータ巻線(6)のための電流供給
    ピン(7,8)に接続しかつ他方では軸ジャーナル(1
    5)の上に配置された励磁電流源と接続しており、該軸
    ジャーナル(15)がロータ(2)の被駆動側の軸端に
    解離可能なカップリング(16)によって固定されてい
    る形式のものにおいて、励磁電流導体(4,5)のカッ
    プリング側の端部がカップリング側の接続片(36,3
    7;36′,37′)と固定的に結合されており、前記
    接続片がほぼ円形の横断面を有し、その端部(36a,
    37a)でシールプレート(43)における、軸方向に
    延びる貫通孔を貫いておりかつシールプレート(43)
    に対して電気的に絶縁されており、この場合、シールプ
    レート(43)がカップリング(16)の範囲において
    軸端とねじ結合されており、シールプレート(43)を
    ロータ軸(1)に対してかつカップリング側の接続片
    の、シールプレート(43)を貫く端部(36a,37
    a)に対してガス密にシールする手段(50−59)が
    設けられていることを特徴とする、電気的な機械のロー
    タにおける励磁電流導電装置。
  2. 【請求項2】 中央の軸孔(3)内にピン側の接続片
    (31,32)が設けられ、この接続片内に前記電流供
    給ピン(7,8)が解離可能に固定されており、励磁電
    流導体が円形横断面を有する金属製の管として構成さ
    れ、ピン側の接続片(31,32)と固定的に結合され
    ており、この管が他方の端部においてカップリング側の
    接続片(36,37)と固定的に接合されておりかつそ
    の端部(36a,37a)でシールプレート(43)を
    貫いている、請求項1記載の励磁電流導電装置。
  3. 【請求項3】 金属製の管(25,26)がカップリン
    グ側の接続片(36,37)と一体に構成されており、
    この場合、シールプレート(43)の範囲において金属
    製の管が挿入体(29a,29b)によりガス密に閉鎖
    されている、請求項2記載の励磁電流導電装置。
  4. 【請求項4】 金属製の管(25,26)のカップリン
    グ側の端部もしくは接続片(36,37)が共通の絶縁
    体(40)内に保持されており、この絶縁体(40)が
    2つの側方の面取部を除いて軸孔(3)を完全に充たし
    ている、請求項2又は3記載の励磁電流導電装置。
  5. 【請求項5】 励磁電流導体(4,5)がカップリング
    側の端部を除いて半円形の横断面を有し、励磁巻線のた
    めの電流供給ピン(7,8)が直接的に励磁電流導体に
    ねじ込まれている、請求項1記載の励磁電流導電装置。
  6. 【請求項6】 励磁電流導体がカップリング側の端部
    (4′,5′)に円筒ピンの形をした移行片(36′,
    37′)を有し、このピンが別個の構成部分として前記
    端部と結合されているか又は励磁電流導体(4,5)と
    一体に構成されている、請求項5記載の励磁電流導電装
    置。
  7. 【請求項7】 ピン側の接続片(31,32)が半円形
    の横断面を有し、軸孔(3)に対して電気的に絶縁され
    ており、この場合、両方の接触片がその間に配置された
    絶縁板(33)と一緒に軸孔の内径に相当する外径で円
    形横断面を有する配置を補完している、請求項2、3又
    は4記載の励磁電流導電装置。
  8. 【請求項8】 ピン側の接続片(31,32)が通路
    (31a,32a)を備え、カップリング側の接続片
    (36,37)が貫通孔(41、42)を備え、この貫
    通孔(41,42)が絶縁体(40)をも貫いており、
    電流供給ピン(7,8)の自由な接続が金属製の管
    (4,5)の内部を介して軸孔(3)と前記金属製の管
    (4,5)との間の空間において形成されている、請求
    項1から5までのいずれか1項記載の励磁電流導電装
    置。
  9. 【請求項9】 シールプレート(43)のピン側の端面
    と軸方向の貫通孔にリング溝(48,49)が設けら
    れ、これらのリング溝(48,49)にシールリング
    (50,51もしくは56から59)が挿入されてい
    る、請求項1から8までのいずれか1項記載の励磁電流
    導電装置。
  10. 【請求項10】 カップリング側の接続片(36,3
    7)の端部(36a,37a)を絶縁するために絶縁管
    (44,45)が設けられ、そこで前記端部がリング溝
    を備え、このリング溝内にシールリング(54,55)
    が挿入されている、請求項1から9までのいずれか1項
    記載の励磁電流導電装置。
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