JPS5850091B2 - カイテンデンキノカイテンシ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転電機のガス冷却回転子の改良に係り、特に
回転子鉄心の端部に回転子巻線の端部を保持する巻線保
持環が装着され、かつその巻線端部がガスにて冷却され
るガス冷却回転子の改良Ｏこ関するものである。

一般に、この種巻線保持環を備えた回転電機の回転子は
、回転軸上にこれと一体Ｏこ形成された塊状の鉄心を備
えており、そしてこの鉄心の巻線収納溝内には絶縁被覆
した巻線が収納され、その一部が鉄心端から頭出して巻
回されているのが普通である。

この場合の巻線の保持は、楔や保持環によって行なわれ
ている、すなわち鉄心部分の巻線収納溝内に配されてい
る巻線は、鉄心に嵌合装着された楔によって鉄心へ保持
され、又鉄心端より頭出した巻線端部は、該巻線端部外
周に配され、かつ回転軸Ｑこ焼度め固定された筒状の巻
線保持環によって保持されている。

このように巻線保持環は、巻線の端部を回転子の回転（
こ基づく遠心力から保持するために設けられるわけであ
るが、周速の犬なる回転子においては、巻線端部の遠心
力は非常に大きく、さらにこれに保持環自体の遠心力も
加えると保持環に加わるフープ応力は非常Ｏこ酷しいも
のとなる。

従ってこの巻線保持環は強靭な構成又は強靭な材質のも
のが要求されることになる。

この巻線保持環は、一般（こ運転中における磁気的な関
係から材質としては非磁性鋼が要求されること、さらに
材料入手の容易さに問題があることなどから、材質的ζ
こは極く限られてくる。

従って一般には材質よりも巻線保持環自体の形状や支持
構成を最も応力が小なるように種々工夫して採用するよ
う（こしているのが実状である。

従って大容量機あるいは周速の大きい回転子に用いられ
多少応力的に酷しいものは、巻線保持環の直径や肉厚を
多少増し電機の小型化を犠牲にして採用するようにして
いる。

しかしながら最近においては、ある程度計算の上では機
械的強度を充分に与えた肉厚にしても、また試作機にお
ける試験の結果充分に合格するものであっても、永年の
運転中には保持環にきれつが生じ運転が不能となる嫌い
が生じてきた。

本発明はこれにかんがみなされたものであり、この充分
な機械的強度を与えたにもかかわらずきれつが生ずる原
因を究明し、この欠点をみごとに解決した理想のガス冷
却回転子を生み出し得たものである。

しかして本発明の第一の目的は、たとえ高速機あるいは
大容量機を永年運転しても、この巻線保持環ζこきれつ
が入ることなく信頼性の高いこの種のガス冷却回転子を
提供するにある。

本発明のもう一つの目的は、従来の巻線保持環Ｏこ比し
てその製作を複雑化することなく、すなわち高精度を必
要とせず（こ製作可能であり、かつ組立作業が従来と変
ることなく容易にできるような前述のガス冷却回転子を
梶供するにある。

すなわち本発明は、巻線保持環に永年の運転中きれつが
入る原因が巻線を冷却している冷却ガスによるものであ
ることを種々実験研究の結果でつきとめ、巻線保持環の
内側表面に、ポリイミドフェスにより形成されたガス遮
蔽層を設け、所期の目的、すなわち永年運転してもこの
巻線保持環Ｏこきれつが入ることなく信頼性の高いこの
種の回転子を得るようにしたものである。

またさらにこのガス遮蔽層を巻線保持環の内側表面に直
に塗布するようになし、従来の巻線保持環に比して製作
や組立てが何等変りなく容易にできるようにしたもので
ある。

以下本発明Ｏこついて詳細に説明するが、その前Ｏこま
ず巻線保持環（こきれつが入る原因について、究明した
結果についてのべる。

すなわち結論からのべると、最近においては、火力発電
所が海岸の埋立て地や海上に設立された橋上（こ建設さ
れるようになり、また公害などにより周囲の空気も汚染
されてきた。

このような場所に設置されている、例えばタービン発電
機などの回転電機の冷却ガスには、たとえフィルターな
どを介して清浄したとしても、ある程度の塩分や湿気あ
るいは他の不純物が含まれており、このような不純物を
含んだ冷却ガスにより、次のような理由から巻線保持環
は弱体となってしまうことが明らかとなったのである。

すなわち前述もしたように巻線保持には回転に基づく遠
心力が作用し、この遠心力のため（こ巻線保持環自体（
こ大きな応力が生ずるが、この上にさらに冷却ガスによ
る悪影響が重なるのである。

すなわち巻線を冷却するために巻線保持環の内側には冷
却ガスが流通しているが、この冷却ガスには前述したよ
うＯこ不純物が含まれており、この不純物が遠心力で巻
線保持環側へ寄せつけられ、この寄せつけられたこれら
の不純物と遠心力による応力の両者の関係で巻線保持環
の内面に応力腐蝕割れ現象が生じ、これが原因で巻線保
持環の応力が急に上昇しきれつに至ってしまうことが判
明したのである。

この巻線保持環の内側（このみこのような現象が生ずる
ことは、巻線保持環と同様な厳しい応力の状態にある。

例えば巻線を支持している楔や集電Ｐｉｌにおいては同
じ冷却ガスされているＯこもかかわらず巻線保持環のよ
うにきれつが生じないことをみても納得できる。

実験の結果応力腐蝕割れ現象を起こした巻線保持環の状
態が第４図（１こ示されている。

この図は第３図の矢印Ｑ方向より見た実験後の巻線保持
環単品を示すものである。

すなわち巻線保持環７は固定部分７ａを有し、この固定
部分でもって、第３図に示すように回転軸２に端部９を
介して支持され、尾端７ｂ及び胴部７ｃでもって鉄心３
の部分より頭出した巻線の端部４ｂを保持しており、そ
して図中矢印で示すようにその内側に冷却ガスが流動す
るように軸上に配されている。

第４図の保持環７の内表面をみると明らかなように、冷
却ガスの入口Ｏこ近い部分、又最も応力の酷しい部分に
応力腐蝕割れＰが数多く表われていることがわかる。

これに関連した実験として保持環の内側へ冷却ガスを流
さないようＱこ、第３図に鎖線で示す塞ぎ板３０を設け
た場合においては、同一期間の運転にもかかわらず、保
持環７の表面には応力腐蝕割れ現象が生じないことが判
明し、従って他の実施も含めてこれらのことより保持ｉ
に生ずる腐蝕割れ現象は、冷却ガスが端部より回転子内
（こ流入すると、冷却ガスは回転子の回転の回転に基づ
く遠心力により保持環側へ飛ばされ、その飛はされたガ
スや塩分、湿気のうち特に塩分を含んだ湿気は保持環の
内表面に付着し、そして保持環の熱（主に巻線からの伝
達熱）により水分は蒸発し塩分だけが残り、これがくり
返されて塩の濃度力月二って最も応力的に酷しく、かつ
塩分が多量に付着し易い冷却ガスの入口が最も多く応力
腐蝕割れ現象を起すものと考えられる。

以下図示した実施例に基づき本発明の詳細な説明する。

第１図にはタービン発電機に採用されている回転子の一
音氏すなわち回転子の巻線端部分の周囲が破断して示さ
れている。

回転子１は主に回転軸２、塊状鉄心３及び巻線４から構
成されている。

塊状鉄心３はその外周表面近傍に軸方向にのびた複数個
の巻線収納溝５を有し、回転軸２と一体ζこ形成されて
いる。

巻線４は、この鉄心の巻線収納溝５にその直線胴部４ａ
が収納され、鉄心端部より一部頭出した巻線端部４ｂを
有して鉄心に磁極を作るように巻回形成されている。

巻線４を回転子の回転ζこ基づく遠心力から保護するた
めに、巻線の直線胴部４ａには鉄心２４こ保持された楔
６が設けられ、又巻線端４ｂにはその外周に筒状をなし
た巻線保持環７が設けられている。

巻線保持環７は、運転中においては固定子巻線（図示な
し）からの漏洩磁束を受けうず電流積を生ずるので、そ
れを防止するために、例えばオーステナイト系非磁性鋼
により形成されている。

そして巻線保持環７自体は、巻線端部４ｂに軸方向に隣
接して配された端部９を介して回転軸２に焼度め支持さ
れている。

このようＱこ巻線保持環７は巻線端部４ｂの外周（こ配
されるが、巻線端上に直接通電体である巻線保持環が配
置されては、巻線保持環の焼度め時、巻線の絶縁に悪影
響を及ぼす恐れがあり、又巻線が遠心力を受は保持環側
へ強く押圧されたり、さらに巻線自体の熱のびにより保
持環表面と摺動し、巻線の表面に施こされた絶縁被覆が
破壊し、保持環を介し、あるいは巻線同志で短絡する恐
れがあるので、これを保護するためＱこ、両者間には胴
張り絶縁層８が設けられている。

さらにこの胴張り絶縁層８と巻線保持環７との間には、
ポリイミドフェスにて形成されたガス遮蔽層１０が該保
持環の内表面を覆うように保持環の内側に設けられてい
る。

このガス遮蔽層１０にとって最も重要な役割りは、巻線
保持環７の内表面と、巻線端部４ｂが配されている室Ｒ
を気的に遮蔽することであり、たとえガス遮蔽層の軸方
向端部においても前記室Ｒと連通してはならない。

すなわち、その両者の端部すき間より冷却ガスの一部が
侵入し保持環表面〈こそのガスが接触する恐れがあるか
らである。

このために本実施例においては、ガス遮蔽層１０の両端
部には、遮蔽折縁１１が設けられている。

遮蔽折縁１１を設けることによりそれなりによい結果（
後述する）が得られるのであるが、勿論常にこのような
遮蔽折縁を設けなければならないわけではなく、両者を
気的に洩れのないよう固；着するようにしてもよいこと
は云うまでもない。

次にこのようにポリイミドフェスにて形成されたガス遮
蔽層１０回転子に設けられた場合の作用について第１図
を基にのべろ。

まず、例えは塩分や湿気を含んだ冷却ガスは、矢印で示
すよう（こ端部９の貫通孔１２より巻線端部の室Ｒに入
り、巻線端４ｂを冷却してその一部は巻線保持環７と鉄
心３間の間隙から外部へ排出される。

一方多くの冷却ガスは回転子鉄心に設けられている冷却
孔１３に入りやがて鉄心表面孔１４より外部へ排出され
る。

この場合、室Ｒに流入した冷却ガスは、回転子の回転に
基づく遠心力により巻線保持環７側へ飛はされるが、し
かし巻線保持環７の内表面と室Ｒとはガス遮蔽層１０（
こよって仕切られており、飛ばされた冷却ガスの塩分等
は、このガス遮蔽層１０のために巻線保持環７の内表面
に耐着することはなく、又巻線端部の外周部を流動して
いる冷却ガスも巻線保持環内表面を密封しているガス遮
蔽層表面をはうだけで巻線保持環内表面に接することは
ないのである。

従って、たとえ冷却ガスに塩分な他の不純物が含まれて
おり、かつ保持環が応力的に酷しいものであっても、巻
線保持環がそれにより応力腐蝕割れの現象を起こすこ吉
はなく信頼性の高い回転子が得られるのである。

又以上の実施例では前述もしたように、ガス遮蔽層１０
の鉄心側端部と巻線保持環７の端部分の密封は、遮幣折
縁１１によって行なっているので、特に密封接着のため
の高度な技術作業や接着部の洩れの心配等いらぬ神経を
費わすこともなく、又特に鉄心側のこの遮蔽折縁は、巻
線保持環７の鉄心側端部を冷却ガスと接触するのを防止
する効果も奏するのである。

第２図Ｑこはもう一つの実施例をあげた。

該図は保持環７の内表面Ｏこのみ、すなわち焼嵌め部を
除いてポリイミドワニスをコーアンダ（塗布）しポリイ
ミドワニスのガス遮蔽層を形成した例である。

このポリイミドワニスのガス遮蔽層であると、保持環７
が焼嵌め装置された場合、巻線保持環の加熱温度が２５
０°Ｃ前後となるがこれに充分耐え得ることができ、又
保持環７は回転子上に配されることから、振動も激しく
、さらに保持環自体、内部に配されている巻線支持の関
係から運転中だ円変形しつつ回転するが、この変形にも
充分追従し有効である。

ポリイミドワニスのコーティングに際して最も注意しな
ければならないことは、勿論刷毛塗りでも噴きつけでも
よいが、出来るだけピンポールのないように平均してコ
ーティングすることである。

ポリイミドワニスのコーティングは巻線保持環７の内表
面のみに施せば最も応力腐蝕割れ現象の生じ易い部分が
保護され問題はないわけであるが、保持環７の鉄心３側
端面にまで連続してコーティング（１５部分）するよう
番こすると、前述の実施例の遮蔽折縁１１と同様な効果
が得られ有効であり、また次の効果も得られる。

すなわちコーティングしたポリイミドワニスはその終端
部からはくりが生じ易いが、このようにポリイミドワニ
ス絡端部が、保持環７の端面の外周側に設けられること
は、たとえその端にはくりが生じても、そのはくりによ
って最も応力腐蝕割れ現象の生じ易い保持環の内側表面
には排出ガスの流れがはぐり方向と逆であることから冷
却ガスの侵入が防止されるのである。

以上説明したポリイミドワニスのコーティングであれば
、保持環７の回転軸２への組立てはガス遮蔽層が保持環
と一体となっているので側管従来と変らなくできるので
ある。

以上種々述べてきたように、本発明の回転子によれば、
巻線端を保持している巻線保持環の内側表面を回転子内
部冷却のためＯこ巻線端部周囲を流動している冷却ガス
から密封するようにガス遮蔽層を設けたから、冷却ガス
は回転子の回転に伴う遠心力により巻線保持環側に寄せ
られても、このガス遮蔽層Ｏこより直接保持環の表面と
接触しないことは勿論、たとえ冷却ガスが巻線間や巻線
と端部又胴張り絶縁間との微少な間隙に侵入しても、巻
線保持環の表面は、このガス遮蔽層により冷却ガスから
全く密封されているので、冷却ガスと接触することがな
く、従ってたとえ冷却ガス中Ｏこ不純物を含んでいても
、巻線保持環にきれつを生ずることかなく簡単な構成で
信頼性のあるこの種の回転子が得られる。

１図面の簡単な説明 第１図は本発明回転子の一実施例を示すものにして、そ
の要部を示す一部破断斜視図、第２図は本発明の他の実
施例を示す回転子縦断側面図、第３図は従来の回転子の
一部を示す縦断側面図、第４図は第３図のＱ矢印方向よ
り見た保持環の内表面を示す平面図である。

２・・・・・・回転軸、３・・・・・・鉄心、４・・・
・・・巻線、４０・・・・・・巻線端、７・・・・・・
巻線保持環、８・・・・・・胴張り絶縁、１０・・・・
・・ガス遮蔽層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転自在に軸支された回転軸と、該回転軸とともに
   回転し、かつ巻線収納溝を有する鉄心と該鉄心の巻線収
   納溝内に配道され、かつ該鉄心端より一部軸方向に頭出
   して巻回された巻線と、該巻線の前記鉄心端より頭出し
   た巻線端部を覆うように配され、かつ前記回転軸に焼度
   め保持された巻線保持環と、該巻線保持環と前記巻線端
   部の間に配され、前記巻線保持環の焼度め時巻線端部を
   保護する胴張り絶縁層とを備え、前記巻線端部周囲に冷
   却ガスを流通せしめてこの巻線端部を冷却するように形
   成されている回転電機のガス冷却回転子において、前記
   巻線保持環のその内側表面に、該表面が前記冷却ガスと
   接触しないように配され、かつポリイミドワニスζこよ
   り形成されたガス遮蔽層を設けたことを特徴とする回転
   電機のガス冷却回転子。