JPS6277039A - 回転電機の回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は回転電機の回転子に係り、特に電気的に並列接
続された少くとも２つの隣接する巻線層を有する回転子
巻線を備えた円筒形回転子に関するものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

タービン発電機等の高速回転の大形回転電機では回転界
磁巻線を遠心力から保護するため円筒形回転子構造が広
く採用されている。前記界磁巻線は全体的にはらせん状
をしており、円筒形の回転子鉄心の外周縁に沿う長手方
向のスロット内に収納され楔により遠心力に対して保持
されている。

前記の界磁巻線には回転磁界を作り出すために直流電流
が供給される。前記電流により生じる熱量を除去するた
めに大容量のタービン発電機では界磁巻線内に水素ガス
等の冷媒ガス通路が設けられている。

大容量タービン発電機では所要アンペアターンが大きく
なるが、ターン数を増やして電圧を上げることは対地絶
縁の厚さ及び沿面距離を増やさねばならぬ故、限度があ
る。従って大容量タービン発電機では１ターンの導体厚
さは厚くならざるを得ない。

一方、前記冷媒ガス通路は略、半径方向、長手方向もし
くはその中間の斜め方向に形成されており、同一ターン
の巻線層内でも回転子鉄心スロット中央部と同端部とス
ロット外の各々に最適の形状、寸法を採用している。

これらの巻線内の冷媒ガス通路形成のための機械加工等
の作業、及び、その後に端部のろう付作業等を経てらせ
ん状にした巻線を回転子鉄心のスロット内に収納する作
業の能率及び信頼性を考慮すると、大容量タービン発電
機の界磁巻線導体は電気的には同一のターンを複数層に
積層した並列導体とすることが望ましい。

以上のように大容量タービン発電機等では界磁巻線は複
数導体を積層して電気的には並列接続した構造が普通で
ある。これらの巻線はスロット内に収納する際に周囲に
配置されている対地絶縁を損傷せぬよう、又、スロット
及び導体等の製作公差及び若干ではあるが導体の波打ち
等の変形を考慮してスロット内幅方向及び高さ方向共に
適正なりリアランスを設けである。

このようにして構成された回転子組立では、例えば３６
００　ｒｐｍの定格回転速度時には巻線に作用する遠心
力が大きいため、巻線はスロット内で外周側に実質的に
固定されており、並列導体間の相対的な動きは阻止され
る。

一方、タービン発電プラントの運転前後にはタービンロ
ータの熱的がり防止等の理由により、回転子はターニン
グ装置により数ｒｐｍの低速で数〜数１０時間、回転さ
れる。この場合５巻線に作用する遠心力は重力に比べて
微少のため、巻線はスロット内で高さ方向と共に幅方向
にも移動を繰返す。

この際に導体とターン絶縁間及び並列導体間で幅方向の
相対移動が起り得る。導体とターン絶縁間では両者の接
触面でごく僅かの摩耗が生じるのみで事実上、問題とな
らない。

一方、並列導体間では、導体が通常広く採用されている
銅製の場合で且つ酸素の存在しない雰囲気の場合には、
巻線導体の自重程度の低面圧下での相対すべりにより、
接触面同士が面荒れを起し。

摩耗粉を生じる懸念がある。

この現象の発生原因としては一つには銅材料が比較的低
硬度で且つ耐力が低いためであるが、これに加うるに大
容量タービン発電機で冷媒ガスとして広く採用されてい
る水素中では接触面表面に摩耗抑制に貢献すべき酸化皮
膜が形成されないことがもう１つの必要要因であること
が、本発明者の属する会社の研究により判明した。

本発明者の属する会社の実機点検結果によると、前記並
列導体間の摩耗はスロット平行部に位置するターンでは
殆んど発生しておらず、スロットテーパ部の位置するタ
ーンでは全ターンで発生しており、摩耗量の過半はスロ
ットテーパ部の最上ターンに集中している。

このようにして生じた銅の摩耗粉がロータ楔と巻線最上
ターン間の対地絶縁物間の隙間やターン絶縁と導体間の
隙間に蓄積し、界磁地絡や層間短絡を生じる懸念がある
。しかしながら、界磁電圧の過大化防止と巻線の冷却と
組立を容易にするために、大容量タービン発電機では回
転子巻線導体を並列導体構成とすることが依然として望
ましい。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、回転子巻線の隣接する並列接続導体間
での銅の摩耗と、これによる銅摩耗粉の発生と堆積を防
止し、もって銅粉による界磁地絡や層間短絡を防止する
ことである。

〔発明の概要〕

本発明においては、外周縁に沿う長手方向のスロットを
有する円筒形回転子鉄心と前記長手方向のスロット内に
層を成して配置された直列接続の複数の導電性巻線を備
え、前記層は、それらの層の間に配置された電気絶縁体
により直列状態に保たれており、前記層のうち少くとも
一部は並列に接続された少くとも２つの銅製導体層で構
成されているものにおいて、前記並列導体層の少くとも
一部が前記スロット内において長手方向に離間した位置
で局所的に相互に接合されていることを特徴とするもの
で、回転子巻線の隣接する並列導体間での銅の摩耗と、
これによる銅摩耗粉の発生と堆積を防止し、回転子の信
頼性を向上させるものである。

〔発明の実施例〕

実施例１ 以下、本発明の第１の実施例について第１図（ａ）、（
ｂ）ないし第５図を参照して説明する。

第２図は本発明による水素冷却大容量タービン発電機の
回転子の横断面の一部を示す。本回転子は円筒形であり
、第２図に示す如く鉄心（１）の外周縁に長手方向に複
数のスロット（２）が穿設されている。

前記スロット（２）は第３図に拡大して示す如く、ダブ
テール部（２ａ）、平行部（２ｂ）及びテーパ部（２ｃ
）から成る。スロット（２）の下部をテーパ状にした理
由は第２図に示す鉄心歯（３）の根元部の耐遠心力強度
を確保するためである。

前記スロット（２）の平行部（２ｂ）とテーパ部（２Ｃ
）には、ターン絶縁（４）にて層間を絶縁された銅製の
巻線（５）が収納され、且つ巻線（５）を取り囲む対地
絶縁物、即ちクリページブロック（６）、スロット絶縁
（７）及び下敷板（８）も収納されている。又、前記ス
ロット（２）のダブテール部（２ａ）には前記の諸々の
被収納物を遠心力に対して保持するための楔（９）が装
着しである。

前記巻線（５）は各層共、二枚の銅製の導体（１０）を
積層して構成されている。以下前記二枚の並列導体の内
、下層側のものをＡ層導体（１０ａ）　、上層側のもの
をＢ層導体（１０ｂ）と称する。

これらの各層の導体（１０）とスロット（２）間の幅方
向の空隙、及びスロット内の高さ方向のクリアランスは
、スロット及びスロット内容構成要素の製作誤差を考慮
し、且つ本回転子製作過程での導体（１０）組込時に導
体（１０）がスロット絶縁（７）を損傷することを未然
に防止することを考慮して、適正な値に定めである。

巻線（５）を構成する導体は最下層のＡ層導体（１０ｃ
）以下、その横断面形状は矩形であり、最下層以外のス
ロットテーパ部（２−３）に位置する層ではＢ層導体（
１０ｂ）に比べてＡ層導体（１０ａ）はその幅を、スロ
ット（２）のテーパに合わせて、狭くしである。

一方、最下層のＡ層導体（１０ｃ）は横断面が下細りの
台形の上面に溝を設けた形状であり、台形側面のテーパ
角はスロットのテーパに合わせである。

最下層のＡ層導体（１０ｃ）以下の導体には第４図に示
す如く通風孔即用の孔（１２）が導体の板厚を貫通して
明けである。

各層の巻線内の並列導体即ち、Ａ層心体（１０ａ）、Ｂ
ＪｉＪ導体（１０ｂ）間は長手方向に離間してろう付接
合されている。このろう何部（１１）の具体的な状況を
第４図に示す。

巻線（５）の各層の並列導体間のろう何部（１１）の長
手方向配置については第１図（ａ）に示す。太線部がろ
う何部（１１）を表わす。第１図（ｂ）は第３図を縮小
したもので、第１図（ａ）に対応するものである。

前記ろう何部（１１）の長手方向の間隔は、スロットテ
ーパ部（２ｃ）に位置する巻線（５）では、本回転子の
低速回転時（毎分数回転程度の）Ａｐｔｔｚ体（１０ａ
）、　Ｂ層導体（ｉｏｂ）間の幅方向相対変位が摩耗銅
粉の発生を事実上防止する程度に、狭く選ぶ。

一方、スロット平行部（２ｂ）に位置する巻線（５）で
は前記ろう何部の長手方向の間隔は前記テーパ部の２倍
とする。

前記ろう何部の長手方向位置は互に隣接する層間にて一
致しないように交互に若干ずらしである。

実施例の作用 タービン発電機ではプラントの運転前後にタービンロー
タの熱血り防止等の理由により毎分数回転程度のターニ
ング回転が数〜数１０時間、行なわれる。

この際、第５図に示す如く、回転子巻線はスロット内で
高さ方向と共に幅方向にも移動を繰返す。

各スロット内の巻線導体の移動は回転子の一回転につき
一往復行なわれる。

一方、並列導体間又は直列導体間即ち絶縁層間の相対変
位即ち滑りは第５図に示す如く、図中のＭ部及Ｎ部で発
生する、即ち、回転子の一回転につき二往復発生する。

巻線（５）のテーパ部とスロット（２）との間のクリア
ランスδは、上半部（Ｍ部）の値δＨに比べて下半部（
Ｎ部）の値δＮは巻線（５）が外周側に移動した分だけ
大きくなる。一方、巻線（５）のスロット（２）への組
込みは上半部（Ｍ部）の姿勢で即ちスロット底部に位置
するように行なわれる。従って巻線（５）のテーパ部の
下半部（Ｎ部）における導体の幅方向移動量は、スロッ
ト底部に空間を作るように変位するから、巻線（５）の
スロット（２）への組込み作業で必要とする適正なりリ
アランス値を越えざるを得ない。このように並列導体又
は直列導体間の相対変位量は、スロット平行部の巻線（
５ａ）に比して、スロットテーパ部の巻ｍ　（５ｂ）の
方が大きくなる。これが、スロットテーパ部巻線（５ｂ
）の並列導体間の相対変位量を太き（しようとする主要
因である。

一方、スロット平行部巻線（５ａ）では各導体の幅が同
一であり、又、相手方のスロット（２ｂ）の幅も層番号
に拘らず同一。従ってターニング回転時にスロット平行
部（２ｂ）では各層の導体は幅方向に一緒に移動する傾
向が強い。しかるにスロットテーパ部巻線（５ｂ）では
各導体の幅が各々異なり且つ対応する相手方スロット（
２ｃ）の幅も各々異なる。従ってターニング回転時にス
ロットテーパ部（２ｃ）では各層の並列導体及び直列導
体は個々に幅方向に移動しようとする傾向が強い。これ
が、スロットテーパ部巻線（５ｂ）の並列導体間の相対
変位を生じさせようとする主要因である。

前記の如き導体の挙動要因に対して、前記実施例に依れ
ば、並列導体間の相対変位を生じさせようとする要因と
前記変位の量を大きくしようとする要因の大きいスロッ
トテーパ部の巻線（５ｂ）と前記両要因の小さいスロッ
ト平行部巻線（５８）とで並列導体間のろう何部（１１
）の長手方向間隔を変えることにより、効果的且つ経済
的に並列導体間の相対変位を防止し、もって導体間の摩
耗銅粉の発生とこれに伴ない生じかねない界磁地絡や層
間短絡を防止出来る。

実施例２ 前記の実施例１においてスロット平行部の巻線の並列導
体間のろう付接合をやめた構成にしても、実施例１に準
じた作用効果が得られる。

実施例３ 実施例２においてスロットテーパ部最上層以外のスロッ
トテーパ部巻線では並列導体間のろう付接合の長手方向
間隔を２倍に広げた構成にしても、実施例１に準じた作
用効果が得られる。

〔発明の効果〕

本発明は前記の如く、巻線各層の並列導体間の相対変位
による摩耗銅粉発生要因の程度に応じて。

並列導体間のろう付接合の長手方向間隔を層毎に変えて
、並列導体間の相対変位を防止し、もって前記摩耗銅粉
の発生とこれにより生じかねない界磁地絡や層間短絡の
防止を効果的且つ経済的に実現した回転電機の回転子を
提供出来る。とくに、火力発電プラントを電力需要に応
じて頻繁に起動停止させるニーズが近年一段と高まって
来ているので本発明の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の回転電機の回転子の第１の実施
例の並列導体間のろう相位置の一部を示す６回転子の要
部横断面図、第３図は第２図に示すスロットの横断面の
拡大図、第４図は並列導体間のろう付接合部の状況を示
す説明用斜視図、第５図はスロット内の巻線が回転子の
一回転の間にスロット内でどのような挙動をするかを示
す説明図である。 １・・・鉄心　　　　　　　　　２・・・スロット２ａ
・・・スロットダブテール部　２ｂ・・・スロット平行
部２Ｃ・・スロットテーパ部　　　３・・・鉄心歯４・
・・ターン絶縁　　　　　　５・・・巻線５ａ・・・ス
ロット平行部巻線　　５ｂ・・・スロットテーパ部巻線
１０・・・導体　　　　　　　　　１０ａ・・・Ａ層導
体１０ｂ・・Ｂ層導体　　　　　　１０ｃ・・・最下層
導体１１・・・ろう何部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）外周縁に沿う長手方向のスロットを有する円筒形
   回転子鉄心と、前記長手方向のスロット内に層を成して
   配置された直列接続の複数の導電性巻線を備え、前記層
   は、それらの層の間に配置された電気絶縁体により直列
   状態に保たれており、前記層のうちの少くとも一部は並
   列に接続された少くとも２つの銅製導体層で構成されて
   いるものにおいて、前記並列導体層の少くとも一部が前
   記スロット内において長手方向に離間した位置で局所的
   に相互に接合されていることを特徴とする回転電機の回
   転子。
2. （２）並列導体層間の局所的接合がろう付け又は溶接に
   よって成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の回転電機の回転子。
3. （３）スロットの横断面形状が外周縁近傍の平行部と、
   同部の底部に接続し底部に向うにつれて幅が狭くなる如
   きテーパ部とから構成され、前記並列導体間の局所的接
   合が、スロット平行部に配置された巻線層の一部又は全
   部では、スロットテーパ部の比較的上層部に配置された
   巻線に比べて、長手方向に粗に成されているか、もしく
   は省略されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項又は第２項記載の回転電機の回転子。