JPH1136025A - 銅基合金とそのろう材及び回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的はろう付け欠陥の少ないろう材及
びそれを用いて固定子コイル端子を接続した回転電機を
提供する。 【解決手段】本発明は固定子コイルが埋込まれた積層鉄
心からなる固定子、固定子内を回転し界磁コイルが埋込
まれた回転子を備えた回転電機において、固定子コイル
は内部に冷却媒体が導通する複数本の束の角状中空導体
よりなり、導体を冷却媒体給排液箱に一体にろう付けに
よって結合され、ろう材が重量でＰ５.０〜６.０％，Ａ
ｇ１０.５〜１４.０％及び残部が実質的にＣｕである銅
合金からなる。またそのろう材にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新規なろう材及び
それを用いたタービン発電機や水車発電機における回転
電機に係り、特に発電機用の銅コイルの接続用ろう材及
び回転電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転電気装置、例えば、タービン発電機
などにおいては、発電機単体の容量の増大に伴い、コイ
ル導体を冷却する構造が採用されている。この冷却方法
として、大容量の発電機はコイル導体内部から直接冷却
する構造が採用されている。この方式のコイル導体は、
該導体素線自体に冷却媒体供給用の冷却孔を設けた中空
構造になっている。この中空導体に直接冷却媒体を供給
あるいは排出するために、コイル導体の電気的通電と冷
却媒体の供給と排出とを同時に行うための給排液箱が設
けられている。この給排液箱は、作業性の関係で一般に
発電機固定子の鉄心部より頭出した巻線端部に設けられ
ている。なお、この給排液箱は一般に四角形の箱型にな
っている。

【０００３】この給排液箱とコイル導体の接合は、２面
が開放された給排液箱，蓋，コイル導体素線の一部を配
置後、蓋を閉じて、給排液箱と蓋及びコイル導体素線を
同時にろう付けによって接合している。なお、このろう
付けは、給排液箱内部のコイル導体素線間に、ろう付け
前に予め、ろう材を配置して、さらに、給排液箱の外部
からもろう材を供給しながらろう付けしている。また、
ろう付けの過程で蓋とコイル導体素線間に一定の荷重を
負荷しながらろう付けしている。

【０００４】また、給排液箱に一体化された給水管と水
冷却孔を備えた電気的通電導体の接合は給排水箱に備え
た給水管に水冷却溝孔を備えた電気的通電導体を挿入
し、その外部からろう材を供給しながらろう付けしてい
る。

【０００５】従来、給排液箱とコイル導体とのろう付け
には一般に大気中でろう付けができるりん(Ｐ)銅ろうが
適用されている。例えば、固定子コイル導体素線間に配
置するろう材としては、ＪＩＳ規格ＢＣｕＰ−１のりん
銅ろう（４.２〜５.３wt％Ｐ−残Ｃｕ）が単独で採用さ
れている。なお、このろう材の液相線温度は約９２５
℃、固相線温度は７１０℃である。一方、ろう付けの途
中で該給排液箱の外部から供給するろう材としてはＪＩ
Ｓ規格ＢＣｕＰ−５のりん銅ろう（４.８〜５.３ｗｔ％
Ｐ−１４.５〜１５.５ｗｔ％Ａｇ−残Ｃｕ）が採用され
ている。このろう材の液相線温度は約８１５℃、固相線
温度は約６４０℃である。

【０００６】なお、給排液箱に備えた給水管と水冷却孔
を備えた電気的通電導体の接続に、外部から供給するろ
う材として、前記と同様のＪＩＳ規格ＢＣｕＰ−５のり
ん銅ろう（４.８〜５.３ｗｔ％Ｐ−１４.５〜１５.５ｗ
ｔ％Ａｇ−残Ｃｕ）が採用されている。また、特開平6
−344130 号公報には銅コイルのろう付け方法として、
Ｐ４.０〜６.０％，Ａｇ５.０〜１０.０％，残部Ｃｕか
らなるろう材を用いることが示されている。

【０００７】前記、従来のろう材でろう付けした場合に
次のような課題がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記、従来のろう材を
使用した接合方法では、次のような問題点が生じること
を判明した。

【０００９】（１）給排液箱と固定子コイル導体素線と
のろう付けに、ＪＩＳ規格ＢＣｕＰ−１のりん銅ろう
（４.８〜５.３ｗｔ％Ｐ−残Ｃｕ）導体素線間に配置し
てろう付けした場合、液相線温度と固相線温度との差が
２１５℃と広いために、ろう付けの最適温度８２０℃に
到達する過程で溶け分かれ現象が生じ、導体素線間にろ
う材が十分に浸透しない。このため、導体素線間にろう
付け不良部が発生して、ろう付け欠陥が生じる。また、
ろう付け温度が８２０℃と高いために、コイル導体素線
がろう材成分の燐（Ｐ）との共溶状態で、導体素線が溶
解する。即ち、ブレージングエロージョンを誘発する。
欠陥の多いろう付け部は運転中の腐食も加わり、漏水の
原因になり、コイル導体の絶縁劣化を誘発し、回転機の
大きな事故要因になる。前記欠陥を防止するためには、
非常に限られたろう付け条件が要求されるが、導体素線
を数十束ねた形で、ろう付けするには非常に困難であ
る。

【００１０】（２）特開平6−344130 号公報のろう材で
は液相線が高く、作業上に問題がある。

【００１１】（３）給排液箱と蓋とのろう付けに、ＪＩ
Ｓ規格ＢＣｕＰ−５のりん銅ろう（４.８〜５.３ｗｔ％
Ｐ−１４.５〜１５.５ｗｔ％Ａｇ−残Ｃｕ）を外部から
供給してろう付けした場合、前記ＢＣｕＰ−５の適正ろ
う付け温度７５０℃より、７０℃高温の、８２０℃とな
るため、前記外部から供給したろう材は下方に垂れ落ち
て下方側のろう材が多くなる。このため、このろう材が
コイル導体素線の冷却孔に浸入して冷却孔が細くなり、
運転中にコイル導体素線の冷却効率を低下する原因にな
る。また、給排液箱と蓋とのろう付けは、ろう材不足に
よる隙間欠陥が生じ、漏水の原因になる。

【００１２】（４）前記、給排液箱とコイル導体素線及
び蓋とが予めろう付けされた給排液箱の給水管と、水冷
却孔を備えた電気的通電導体管のろう付けに、ろう材の
浸透性を考慮して、前記ＢＣｕＰ−５（４.８〜５.３ｗ
ｔ％Ｐ−１４.５〜１５.５ｗｔ％Ａｇ−残Ｃｕ）のリン
銅ろうを外部から供給してろう付けした場合、ろう付け
の適正ろう付温度は７５０〜７８０℃と高い。このた
め、ろう付け過程で、コイル導体素線の絶縁体が加熱さ
れて、絶縁皮膜を損傷させる。

【００１３】本発明の目的は、ろう付け欠担の少ないろ
う材及びそれを用いて固定子コイル端子を接続した回転
電機を提供するにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前述のごとく、（１）ブ
レージングエロージョンを防止するために、ろう付け温
度を８００℃以下に抑える。（２）液相線温度と固相線
温度との差を１５０℃以下に抑え、ろう付け温度に達す
る過程での溶け分かれ現象を防止する。（３）給排液箱
と蓋とのろう付けに際し、外部から供給したろう材によ
るコイル冷却孔へのろう材の浸入及び給排液箱と蓋との
ろう付け部に発生する隙間欠陥を防止するために、固定
子コイル導体素線間に配置するろう材と外部から供給す
るろう材は、同一組成のろう材を使用する。

【００１５】（４）給排液箱と固定子コイル導体及び蓋
とが予めろう付けされた給排液箱に備えた給水管と水冷
却孔を備えた電気的通電導体管とのろう付け過程で見ら
れる固定子コイル導体素線の絶縁皮膜の損傷を防止する
ためには、ろう付け温度を低くして、固定子コイル導体
素線への熱の伝導をできる限り少なくすることが望まし
い。即ち、７３０℃以下の温度でろう付けできる組成物
のろう材が望ましい。本発明は、重量で、Ｐ５.０〜６.
０％、好ましくは５.２〜５.７％、Ａｇ10.5〜１４.０
％ 、好ましくは１０.５〜１２.０％及び残部が実質的
にＣｕからなることを特徴とする銅基合金にある。

【００１６】本発明は、重量で、Ｐ５.０〜６.０％、好
ましくは５.２〜５.７％、Ａｇ8.0〜１４.０％、好まし
くは１０.０〜１３.０％及び残部が実質的にＣｕからな
り、（Ｐ／Ａｇ）比が０.３７〜０.５７であることを特
徴とする銅基合金にある。本発明は、重量で、Ｐ５.２
〜５.７％，Ａｇ８.０〜１３.０％、好ましくは１０.０
〜１３.０％及び残部が実質的にＣｕからなり、液相温
度が８１０℃以下であることを特徴とする銅基合金にあ
る。

【００１７】本発明は、３層の銅基合金よりなるろう材
であって、上下のろう材が重量で、Ｐ４.０ 〜６.０％
及びＡｇ８.０〜１４.０％、好ましくはＰ５.０〜６.０
％，Ａｇ１０.５〜１４.０％；Ｐ５.０〜６.０％，Ａｇ
８.０〜１４.０％，（Ｐ／Ａｇ）比が０.３７〜０.５
７；又はＰ５.２〜５.７％，Ａｇ８.０〜１２.０％，液
晶温度８１０℃以下を含む銅基合金であり、中心のろう
材が前記上下のろう材よりＰ含有量が少ない銅基合金で
あることを特徴とする。各ろう材の液晶温度の差は２０
〜５０℃あるのが好ましく、特に２５〜４５℃が好まし
い。

【００１８】本発明は、固定子コイルが埋込まれた積層
鉄心からなる固定子、該固定子内を回転し界磁コイルが
埋込まれた回転子を備えた回転電機において、前記固定
子コイルは内部に冷却媒体が導通する複数本の束の角状
中空導体よりなり、該導体を冷却媒体給排液箱に一体に
ろう付けによって結合され、前記ろう材が重量でＰ５.
０〜６.０％，Ａｇ１０.５〜１４.０％及び残部が実質
的にＣｕからなる銅合金からなることを特徴とする。

【００１９】本発明の回転電機は、前述のろう材を各々
用いて結合したことを特徴とするものである。

【００２０】本発明は、固定子コイルが埋込まれた積層
鉄心からなる固定子、該固定子内を回転し界磁コイルが
埋込まれた回転子を備えた回転電機において、前記固定
子コイルは内部に冷却媒体が導通する好ましくは３０本
以上の束の角状中空導体よりなり、該導体を冷却媒体給
排水室に一体にろう付けによって結合され、前記給排水
室に前記固定子コイルに通電する給水管がろう付けによ
って結合され、前記固定子コイル及び給排水室が樹脂に
よって被われていることを特徴とする。

【００２１】前述のろう材のうちＰ５.５％ ，Ａｇ１０
％及び残部Ｃｕからなるろう材の液相線温度は約７８０
℃、固相線温度は約６４５℃である。前記ろう材の適正
ろう付け温度は７００〜７５０℃である。このため、ブ
レージングエロージョンを抑制できる。液相線温度と固
相線温度との差が約１４０℃であるため、ろう付け温度
に達する過程での溶け分かれ現象が防止される。

【００２２】給排液箱と固定子コイル導体素線とのろう
付け及び給排液箱と蓋とのろう付けは、本発明の同一組
成物のろう材によって、ろう付けができるために、コイ
ル冷却孔へのろう材の浸入及び給排液箱と蓋とのろう付
け部に発生する隙間欠陥が防止される。

【００２３】給排液箱と固定子コイル導体素線及び蓋と
が予めろう付けされた給排液箱の給水管と、水冷却孔を
備えた電気的通電導体管とのろう付けにおいても、本発
明のろう材は、ろう付け温度を７３０℃以下に低下でき
る。このため、ろう付け過程でのコイル導体素線への熱
の伝導を抑制できるために、コイル導体素線の絶縁皮膜
の損傷を防止できる。

【００２４】前記のごとく、本発明は５〜６ｗｔ％Ｐ−
１０.５〜１４.０ｗｔ％Ａｇ−残Ｃｕ等からなる組成物
のろう材、望ましくはＰ５.３〜５.７％，Ａｇ１１.８
〜１２.２％及び残部Ｃｕのろう材を用いることにより
信頼性の高いろう付け部が得られる。

【００２５】なお、本発明の対象機器のように、耐気密
性及び冷却水との耐腐食性等が要求され、かつ、複雑構
造のろう付けでは、ろう材組成中の燐（Ｐ）の含有量が
ろう付け部の品質に大きく影響する。ＪＩＳ規格のりん
銅ろうの中で、Ｐ含有量が５.３ｗｔ％ 以下のろう材は
ＪＩＳ規格ＢＣｕＰ−１，ＪＩＳ規格ＢＣｕＰ−５であ
る。しかし、りん銅ろうの中のＰ含有量が５.３ｗｔ％
以下の場合は、本発明の対象機器のような複雑構造の部
材に対しては、ろう付け部全体を短時間に均一に加熱す
ることは非常に困難である、このため、加熱過程で最初
に溶融が開始されるろう材中の、Ｃｕ₃ＰとＣｕ若しく
は、Ｃｕ₃ＰとＡｇ及びＣｕとの共晶ろう組成がろう付
け部以外に垂れ落ちた場合は、ろう付けに最も寄与する
Ｐ含有量が不足するために、ろう付け部に未接合部が発
生する。一方、ＪＩＳ規格のりん銅ろうの中で、Ｐ含有
量が５.８ｗｔ％ 以上の品名はＢＣｕＰ−２，ＢＣｕＰ
−３及びＢＣｕＰ−４，ＢＣｕＰ−６である。リン銅ろ
うの中のＰ含有量が５.８ｗｔ％以上の場合は、ろう付
け時に、ろう材中のＰがコイル導体素線の銅の結晶粒界
に拡散して回転機の運転中に冷却水との反応によってコ
イル導体素線の腐食を助長させる原因となる。

【００２６】

【発明の実施の形態】

（実施例１）図１は給排液箱１と固定子コイル導体素線
３とのろう付け方法を示す斜視図である。図１に示すご
とく、給排液箱１は四面の中の二面が開放された箱型に
なっている。図１では給排液箱１の内部が見えるように
図示しているが、側面は空いてはいない。給排液箱１の
内部の冷却媒体給排室２は空洞になっており、この空洞
部から各々の固定子コイル導体素線３に冷却水が供給さ
れる。

【００２７】ろう付けは、次のような順序で行われる。
まず、各々の固定子コイル導体素線３の上下方向の各段
ごとに本発明のろう材（５.５ｗｔ％Ｐ−１１.０ｗｔ％
Ａｇ−残Ｃｕ）４ａ〜４ｅを配置する。このろう材の厚
さは０.８mm である。ろう材が配置された固定子コイル
導体素線３を複数本束ねて二面が開放された給排液箱１
内に配置し、最後に蓋５を配置する。

【００２８】ろう付けは前記、給排液箱１を外部から高
周波加熱によって加熱する。加熱温度の最高は、本ろう
材の液相線温度より５０℃低い７３０℃である。なお、
加熱の過程で同組成のろう材を一部供給する。前記方法
によりろう付けされたろう付け部をＸ線ＣＴで非破壊検
査をした結果、ろう付け部の欠陥は従来の１／３に減少
している。このろう付け方法によって製造した回転電機
用のコイルを出力５０万ｋＷの交流発電機に適用した。
その結果、長年にわたり、コイル接合部からの漏水がな
く、発電機の運転が安定してできた。

【００２９】（実施例２）本実施例では、まず、各々の
固定子コイル導体素線の上下方向の各段ごとに本発明の
ろう材（５.３ｗｔ％Ｐ−１１.０ｗｔ％Ａｇ−残Ｃｕ）
を配置する。このろう材の厚さは０.６mm である。ろう
材が配置された固定子コイル導体素線を複数本束ねて二
面が開放された給排液箱内に配置し、最後に蓋を配置す
る。

【００３０】ろう付けは前記、給排液箱を外部から高周
波加熱によって加熱する。加熱温度の最高は、本ろう材
の液相線温度より８０℃低い７００℃である。なお、加
熱の過程で同組成のろう材を一部供給する。その結果、
ろう付け欠陥のない給排液箱のろう付けが得られる。こ
れによって、長年の運転でも漏水のない回転電機用コイ
ルが得られた。このろう付け方法によって製造した回転
電機用のコイルを出力１００万ｋＷの交流発電機に適用
した。その結果、長年にわたり、コイル接合部からの漏
水がなく、発電機の運転が安定してできた。

【００３１】（実施例３）本実施例では、本発明のろう
材(５.５ｗｔ％Ｐ−１１.０ｗｔ％Ａｇ−残Ｃｕ)を利用
し、液相線温度の異なるろう材を組み合わせて配置した
場合の実施例を具体的に説明する。図２に示すように、
本発明のろう材の液相線温度よりも高いろう材７を中心
にその両面に、本発明のろう材（５.５ｗｔ％Ｐ−１１.
０ｗｔ％Ａｇ−残Ｃｕ）４をサンドイッチ状に三枚重ね
て複合化する。このろう材の厚さは０.６mm である。こ
れを一対のろう材として、各コイル導体素線の上下に配
置してろう付けする。ここでは、液相線温度の高いろう
材としては、液相線温度約８１５℃，固相線温度約６４
５℃のＪＩＳ規格：ＢＣｕＰ−５相当(５.０８wt％Ｐ−
１４.８９ｗｔ％Ａｇ−残Ｃｕ)のろう材７を使用した。
このろう材の厚さは０.３mmである。

【００３２】前記一対のろう材として、各コイル導体素
線の段間にろう材が配置された、固定子コイル導体素線
を複数本束ねて二面が開放された給排液箱内に配置し、
最後に蓋を配置する。

【００３３】ろう付けは前記、給排液箱を外部から高周
波加熱によって加熱する。加熱温度の最高は、７３０℃
である。なお、加熱の過程で本発明のろう材(５.５ｗｔ
％Ｐ−１０.０ｗｔ％Ａｇ−残Ｃｕ)を一部供給する。そ
の結果、ろう付け欠陥のない給排液箱のろう付けが得ら
れる。これによって、長年の運転でも漏水のない回転電
機用コイルが得られた。このろう付け方法によって製造
した回転電機用のコイルを交流発電機に適用した。その
結果、長年にわたり、コイル接合部からの漏水がなく、
発電機の運転が安定してできた。

【００３４】（実施例４）図３に示すように、給排液箱
１と固定子コイル導体素線３及び蓋５とが予めろう付け
された給排液箱の給水管６と、水冷却孔を備えた電気的
通電導体管８ａ〜８ｂとのろう付け方法を示す斜視図で
ある。

【００３５】ろう付けは前記、給排液箱１の給水管６に
水冷却孔を備えた電気的通電導体管８ａ及び８ｂを挿入
した状態で、ろう付け部を、外部から高周波加熱によっ
て加熱する。最高加熱温度は、本発明のろう材（５.６
ｗｔ％Ｐ−１１.０ｗｔ％Ａｇ−残Ｃｕ）の液相線温度
より５０℃低い７３０℃である。なお、加熱の過程で、
前記ろう材を供給する。前記、方法によりろう付けされ
た、ろう付け部をＸ線ＣＴで非破壊検査をした結果、ろ
う付け欠陥のないろう付け部が得られた。さらに、固定
子コイル導体素線３の絶縁体には、ろう付け時の熱によ
る劣化はない。このろう付け方法によって製造した回転
電機用のコイルを出力５０万ｋＷの交流発電機に適用し
た。その結果、長年にわたり、接合部からの漏水がな
く、発電機の運転が安定してできた。

【００３６】（実施例５）本実施例では、給排液箱１と
固定子コイル導体素線３及び蓋５とが予めろう付けされ
た給排液箱１の給水管６と、水冷却孔を備えた電気的通
電導体管とのろう付け方法を示す斜視図は図３と同様で
ある。

【００３７】ろう付けは前記、給排液箱１の給水管６に
水冷却孔を備えた電気的通電導体管８ａ，８ｂを挿入し
た状態で、ろう付け部を、外部から高周波加熱によって
加熱する。最高加熱温度は、本発明のろう材（５.５ｗ
ｔ％Ｐ−１１.０ｗｔ％Ａｇ−残Ｃｕ）の液相線温度よ
り８０℃低い７００℃である。なお、加熱の過程で、前
記ろう材を供給する。前記、方法によりろう付けされた
ろう付け部をＸ線ＣＴで非破壊検査をした結果、ろう付
け欠陥のないろう付け部が得られた。さらに、固定子コ
イル導体素線の絶縁体には、ろう付け時の熱による劣化
はない。

【００３８】このろう付け方法によって製造した回転電
機用のコイルを交流発電機に適用した。その結果、長年
にわたり、コイル接合部からの漏水がなく、発電機の運
転が安定してできた。さらに、漏水による発電機の漏
電，停止と最悪の事態も避けられた。

【００３９】（実施例６）図４は実施例１〜５で得た固
定子コイルを用いた直接水冷却形タービン発電機の一例
である。

【００４０】火力、または原子力によって駆動される交
流のタービン発電機は、通常２極または４極の円筒回転
界磁形同期発電機である。

【００４１】火力用タービン発電機はほとんどが２極の
高速機であり、回転速度は５０Ｈｚで３,０００rpm，６
０Ｈｚで３,６００rpmとなる。これは高速のほうがター
ビンの効率が良く小形となるためである。１軸で出力を
出すタンデムコンパウンド形がほとんであるが、大容量
機では２軸で出力を出すクロスコンパウンド形も採用さ
れる。

【００４２】原子力用タービン発電機は通常４極で、
１,５００rpmまたは１,８００rpmで使用される。原子炉
の発生蒸気は火力に比べて多量・低温・低圧で、タービ
ンが長翼・低回転速度となるためである。

【００４３】タービン発電機の冷却方式としては間接冷
却方式と直接冷却方式があり、冷却媒体には、空気・水
素・水が主として使用される。

【００４４】水素冷却は大容量で用いられ、間接・直接
両方式があり、すべてガス冷却器が発電機本体内に組み
込まれた防爆密閉構造となる。また、水冷却の場合は直
接冷却方式となり、大容量機では固定子・回転子の両方
を水冷却方式とすることもある。

【００４５】（固定子）固定子わくは溶接構造鋼板など
でつくられ通風路を形成し、鉄心を支えるとともに振動
を防ぐように強固につくられる。磁気吸引力により鉄心
はだ円に変形し、回転子の回転に伴い二倍周波数の振動
が発生する。この振動は大形機ほど大きくなるので、鉄
心と固定子わくとをばねを介して取り付ける弾性支持構
造とする。

【００４６】固定子１２には、０.３５または０.５mm厚
のけい素鋼板が用いられ、方向性けい素鋼板が使用され
る。鉄心は軸方向に５０〜６０mm程度ずつ積層され、間
に通風ダクトを形成するようにＩ形鋼の間隔片を入れ
る。

【００４７】固定子コイル２１は通常２層巻が用いられ
るが、２極機の場合、特に巻線端部が長くなるため強固
に保持しなければならない。漂遊負荷損が大きくなるの
で、端部の構造物には非磁性材を使用する。

【００４８】（回転子）タービン発電機の大きな特徴は
高速回転することであり、遠心力が大きくなるので回転
子直径が制限される。回転子構造材料に機械的強度を確
保するとともに、危険速度を避け振動を抑えるため一体
鍛造され、スロットの中に界磁巻線がおさめられ、回転
子１１となる。回転子１１の主軸の材料はＮｉ−Ｃｒ−
Ｍｏ−Ｖ鋼からなる。図中には示されていないが、フラ
ンジとセンタリングとの間にファンの取付け用リングが
設けられる。

【００４９】界磁巻線１３は銅帯を平巻きに成形してテ
ィース間に形成された回転子鉄心スロット内に分布巻き
し、導体の１ターンごとに層間絶縁を注入する。巻線の
端部は保持環（リティニングリング）１９で押える。コ
イルには通常の銅の代りにクリープ特性の良好な銀入銅
が使用される。

【００５０】保持環１９はＣ０.１％以下，Ｎ０.４％以
上，１０〜２５％Ｍｎ，１５〜２０％Ｃｒを含む非磁性
ステンレス鋼が用いられる。界磁巻線１３がスロットに
埋込まれた後、スロットの最も広い部分に超ジュラルミ
ン合金によるウェッジがはめ込まれることによって固定
される。エンドダンパリングには端部又は全長ダンパが
用いられ、端部Ａｌ合金，胴部銀入銅合金が用いられ
る。

【００５１】（通風方式）１０００ＭＶＡ級以上の大形
機で鉄心長が長くなると均一に冷却することがむずかし
いため、複式通風方式をとる。

【００５２】この方式では、鉄心背後の固定子わく内に
数区分の給気室および排気室が軸方向に交互に配列され
ており、冷却空気は発電機両端より固定子わく内の風胴
を経て各給気室に集められ、これより固定子鉄心を冷却
し、回転子内部を冷却した気体とともに外径側に流れ、
冷却器を経てファンの吸気側に至り循環する。

【００５３】水素冷却のガス圧は間接水素冷却機で２at
g，直接水素冷却機で２〜５atgが使用される。水素ガス
圧を上げた場合、熱伝達率が向上するとともにガスの熱
容量が密度に比例して増加するので、ガス自身の温度上
昇がガスの絶対圧力に逆比例して減少し、冷却効果が増
大する。同一寸法の機械の出力は一般に間接冷却形０.
０５atgのときの出力を１００とすれば１atg で１１５.
２atgで１２５の出力となる。

【００５４】水素冷却方式は、空気と混合した場合水素
の容積が１０〜７０％の範囲では爆発性になる。これを
防ぐため自動的に水素純度を約９０％以上に維持するよ
うにしているが、このため機内水素ガスが軸に沿って機
外に漏れないように軸受の内側に油膜による密封装置を
備えている。軸の狭いすき間に機内の水素ガスより高い
圧力の油を流すことにより、機内からのガス漏れを防い
でいる。水素冷却タービン発電機において固定子を間接
冷却とする場合でも、回転子は直接冷却とする場合が多
い。

【００５５】（直接冷却）発電機コイルの導体最高温度
が出力を制限する場合、その温度上昇中に大きな割合を
占める絶縁物内での温度差を除くために、導体を直接冷
却媒体で冷却する。冷却媒体としては、水素ガスや油・
水などの液体がある。水は空気の場合の約５０倍の熱伝
達能力を有し、冷却媒体として優れている。

【００５６】（１）水素ガス直接冷却固定子コイルの例
では、素線の間にはさんだ四角なベントチューブの内部
にガスを通して導体を直接冷却する。導体の発生熱量の
一部は熱抵抗の大きな主絶縁を通って鉄心に伝わり冷却
されるが、大部分は熱抵抗の小さな冷却管を通って水素
ガスが持ち去る。

【００５７】液体冷却には、比熱が大きく、かつ対流に
よる熱伝達率も非常に大きい純水が使用される。液体通
路となる配管には、ステンレス鋼が使用され、コイルお
よびコイル端部のクリップなどには無酸素銅または脱酸
銅が使用される。絶縁接続管には機械的強度が高く、た
わみ性に富み、絶縁性の良いテフロン管が普通使用され
る。固定子コイルの断面は素線を中空とし、この中を液
体が流れるようにしている。

【００５８】（２）回転子の冷却媒体としては水素ガス
又は水が使用され、次の方式がある。

【００５９】エンドフィード方式には回転子端部より回
転子コイル内に押し込まれた水素ガスは、回転子中央部
にあけられた穴よりエアギャップに放出される。また、
回転子の一端よりコイル銅帯に入り他端より出る方式も
好ましい。

【００６０】回転子コイルの断面形状は側路式と中空銅
帯式とのいずれでもよい。この方式をとった場合は、固
定子コイルにもガス直接冷却が採用し、高圧のブロワが
回転子の一端に取り付けられる。

【００６１】エアギャップピックアップ方式においては
回転子表面に吸入および排出の穴部を交互に設けて、回
転による風速を利用して、エアギャップ部における水素
ガスをコイルウェッジ表面より吸入し、コイル銅帯内を
一定距離流して発生熱を奪い、排気穴を通ってエアギャ
ップ部に出る方式、或いは回転子の水冷却技術において
回転体中に水を通す方式がある。

【００６２】水冷却方式は、水素ガス冷却方式に比較し
て構造が複雑であるために、信頼性上は不利となるが、
発電機の重量が１５〜２５％程度軽くなり、また部分負
荷での効率を向上させることができる。

【００６３】図中、２５はタービンに結合されるカップ
リング、２０はファン、２１は固定子コイル、２２はブ
ラシ、２３はスリップリングである。

【００６４】本実施例における仕様は次の通りである。

【００６５】発電機容量：１１２０ＭＶＡ，固定子電
流：発電機容量１ＭＶＡ当り２２Ａ，力率：０.９，回
転数３６００rpm，周波数６０Ｈｚ，固定子：直接水冷
却，回転子：直接水素冷却（発電機容量１ＭＶＡ当り
０.００４７kg／cm²・ｇ），ケーシング材：ＳＭ４１
鋼，鉄心材：方向性ケイ素鋼板，コイル：電気銅，絶縁
材料，エポキシレジン及びマイカ，コイル埋込み部の胴
長／胴径＝５.８３ ，リティニング材：Ｃ０.１％以
下，Ｎ０.７以上，Ｓｉ１％以下の１８％Ｍｎ−１８％
Ｃｒ鋼，全長ダンパ，回転子コイル：銀入銅，軸受：炭
素鋼鋳鋼，全体寸法：長さ１６ｍ，幅６ｍ，床面積９６
ｍ²。

【００６６】なお、固定子コイルには、マルチターンコ
イルとワンターンコイルがあり、通常小容量機には前者
が用いられ、後者は大容量機に用いられる。コイルの耐
熱区分からＢ種絶縁とＦ種絶縁があり最大使用温度は、
それぞれ１２０℃，１４０℃である。また、コイルの製
作方法として絶縁ワニスを真空注入する方式と、あらか
じめワニスを含浸させた絶縁テープを捲回して加熱成形
する方法とがある。どちらの方式も主絶縁材料としては
マイカテープを用い、ワニスはエポキシ系である。

【００６７】本実施例によれば、漏水による発電機の漏
電，停止の事態が避けられ、高い発電効率が得られる。

【００６８】（実施例７）本発明のＰが５.３ｗｔ％ ，
Ａｇが１１ｗｔ％，残部がＣｕからなるろう材により核
融合炉のトロイダル及びコロイダルコイルをろう付し
た。ろう付けは730℃の温度で行った。その結果、ろう
付部の近くの絶縁を劣化することなく、ろう付けでき
た。

【００６９】

【発明の効果】本発明によれば、ろう付け部の欠陥が減
少し、信頼性の高いろう付けが得られる。このため、本
発明のろう材を用いてコイルを接続した回転電機体は、
長期間使用した場合でもろう付け部からの水漏れがな
い。したがって、漏水による発電機の漏電，停止と最悪
の事態も避けられ、効率のよい発電運転が可能となる。
また、核融合炉においても劣化の少ないろう付けが得ら
れた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の給廃液箱と固定子コイル導体素線との
接合部の構造を示す斜視図。

【図２】液相線温度の異なる三層複合ろう材の構造を示
す断面図。

【図３】給排液箱とコイル導体及び蓋とが予めろう付け
された給排液箱の給水管と冷却孔を備えた電気的通電導
体との接合部の構造を示す斜視図。

【図４】タービン発電機の断面図。

【符号の説明】

１…給排液箱、２…冷却媒体給排室、３…固定子コイル
導体素線、４，４ａ〜４ｅ…ろう材（５.５ｗｔ％Ｐ−
１１.０ｗｔ％Ａｇ−残Ｃｕ）、５…蓋、６…給水管、
７…ろう材（５.０８ｗｔ％Ｐ−１４.８９ｗｔ％Ａｇ−
残Ｃｕ）、８ａ〜８ｂ…水冷却孔を備えた電気的通電導
体管、１１…回転子、１２…固定子、１３…界磁巻線、
１４…軸受ブラケット、１５…固定子フレーム、１６…
軸受、１７…ファン取付け用リング、１８…センタリン
グ、１９…保持環（リティニングリング）、２０…ファ
ン、２１…固定子コイル、２２…ブラシ（黒鉛）、２３
…スリップリング、２５…カップリング。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 信 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 後藤 和夫 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 角田 智也 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 渡辺 靖芳 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量で、Ｐ５.０〜６.０％，Ａｇ１０.５
   〜１４.０％及び残部が実質的にＣｕからなることを特
   徴とする銅基合金。
2. 【請求項２】重量で、Ｐ５.０〜６.０％，Ａｇ８.０〜
   １４.０％及び残部が実質的にＣｕからなり、（Ｐ／Ａ
   ｇ）比が０.３７〜０.５７であることを特徴とする銅基
   合金。
3. 【請求項３】重量で、Ｐ５.２〜５.７％，Ａｇ８.０〜
   １３.０％及び残部が実質的にＣｕからなり、液相温度
   が８１０℃以下であることを特徴とする銅基合金。
4. 【請求項４】固定子コイルが埋込まれた積層鉄心からな
   る固定子、該固定子内を回転し界磁コイルが埋込まれた
   回転子を備えた回転電機において、前記固定子コイルは
   内部に冷却媒体が導通する複数本の束の角状中空導体よ
   りなり、該導体を冷却媒体給排水室に一体にろう付けに
   よって結合され、前記ろう材が重量で、Ｐ５.０ 〜６.
   ０％ ，Ａｇ１０.５〜１４.０％及び残部が実質的にＣ
   ｕである銅合金からなることを特徴とする回転電機。
5. 【請求項５】固定子コイルが埋込まれた積層鉄心からな
   る固定子、該固定子内を回転し界磁コイルが埋込まれた
   回転子を備えた回転電機において、前記固定子コイルは
   内部に冷却媒体が導通する複数本の束の角状中空導体よ
   りなり、該導体を冷却媒体給排水室に一体にろう付けに
   よって結合され、前記ろう材が重量で、Ｐ５.０ 〜６.
   ０％，Ａｇ８.０〜１４.０％及び残部が実質的にＣｕか
   らなり、(Ｐ／Ａｇ）比が０.３７〜０.５７である銅合
   金からなることを特徴とする回転電機。
6. 【請求項６】固定子コイルが埋込まれた積層鉄心からな
   る固定子、該固定子内を回転し界磁コイルが埋込まれた
   回転子を備えた回転電機において、前記固定子コイルは
   内部に冷却媒体が導通する複数本の束の角状中空導体よ
   りなり、該導体を冷却媒体給排水室に一体にろう付けに
   よって結合され、前記ろう材が重量で、Ｐ５.２ 〜５.
   ７ ％，Ａｇ８.０〜１２.０％及び残部が実質的にＣｕ
   からなり、液相温度が８１０℃以下である銅基合金から
   なることを特徴とする回転電機。
7. 【請求項７】３層の銅基合金よりなるろう材であって、
   上下のろう材が重量で、Ｐ４.０ 〜６.０％ 及びＡｇ
   ８.０〜１４.０％を含む銅基合金であり、中心のろう材
   が前記上下のろう材よりＰ含有量が少ない又はＡｇ含有
   量が多い銅基合金であることを特徴とするろう材。
8. 【請求項８】固定子コイルが埋込まれた積層鉄心からな
   る固定子、該固定子内を回転し界磁コイルが埋込まれた
   回転子を備えた回転電機において、前記固定子コイルは
   内部に冷却媒体が導通する複数本の束の角状中空導体よ
   りなり、該導体を冷却媒体給排液箱に一体にろう付けに
   よって結合され、前記ろう材は３層のろう材よりなり、
   中心のろう材が重量で、Ｐ４.０〜６.０％及びＡｇ８.
   ０〜１４.０％を含む銅合金よりなることを特徴とする
   回転電機。
9. 【請求項９】固定子コイルが埋込まれた積層鉄心からな
   る固定子、該固定子内を回転し界磁コイルが埋込まれた
   回転子を備えた回転電機において、前記固定子コイルは
   内部に冷却媒体が導通する２４本以上の束の角状中空導
   体よりなり、該導体を冷却媒体給排水室に一体にろう付
   けによって結合され、前記給排水室に前記固定子コイル
   に通電する給水管がろう付けによって結合され、前記固
   定子コイル及び給排水室が樹脂によって被われているこ
   とを特徴とする回転電機。