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技術 固定子巻線、発電機、および固定子巻線導体の接続方法

出願人 株式会社東芝東芝エネルギーシステムズ株式会社
発明者 冨岡泰造
出願日 2019年3月11日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2019-044030
公開日 2020年9月17日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-150592
状態 未査定
技術分野 電動機、発電機の冷却 電動機、発電機の巻線 電動機、発電機の製造
主要キーワード 画定ステップ 導体セット 固定段階 反結合 直接水冷 接続段階 冷却器入口 閉止板
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題

固定子巻線導体セット給排水箱との接合における信頼性を確保する。

解決手段

実施形態によれば、固定子巻線100は、複数の導体セット110と、接続構造体120を具備する。導体セット110は、それぞれが固定子スロットを貫通し、内部に冷却媒体流通孔112aが形成された少なくとも一つの中空素線112を有する。接続構造体120は、軸方向の一端が導体セット110の端部近傍に嵌合するスリーブ121と、スリーブ121の他端に設けられる閉止板124と、スリーブ121と閉止板124により導体セット110の端部に画定される空間120a内に配置されるとともに中空素線112の流通孔112aと空間120aの外部とを連通する中空延長管123とを有する。空間120a内には、ろう材126が充填されている。

概要

背景

水冷式タービン発電機においては、固定子巻線導体内に冷却水流路を形成する方式、すなわち、固定子直接水冷却方式が多く採用されている。

固定子巻線の各導体は、通常、固定子の径方向内側に周方向に互いに間隔をおいて軸方向に延びるように形成された複数の固定子スロットのそれぞれを貫通する。固定子鉄心の各スロットを貫通する各導体は、縦横アレイ状に配列された複数のコイル素線集合としての導体セットである。複数のコイル素線の一部は、冷却水が通過可能なように中空となっている。

各導体セットは、固定子鉄心の軸方向外側で、給排水箱と呼ばれる給排水箱と接合される。

概要

固定子巻線の導体セットと給排水箱との接合における信頼性を確保する。実施形態によれば、固定子巻線100は、複数の導体セット110と、接続構造体120を具備する。導体セット110は、それぞれが固定子スロットを貫通し、内部に冷却媒体流通孔112aが形成された少なくとも一つの中空素線112を有する。接続構造体120は、軸方向の一端が導体セット110の端部近傍に嵌合するスリーブ121と、スリーブ121の他端に設けられる閉止板124と、スリーブ121と閉止板124により導体セット110の端部に画定される空間120a内に配置されるとともに中空素線112の流通孔112aと空間120aの外部とを連通する中空の延長管123とを有する。空間120a内には、ろう材126が充填されている。

目的

本発明の実施形態は、固定子巻線の導体セットと給排水箱との接合部分における信頼性を確保することを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

固定子鉄心径方向内側に形成され周方向に互いに間隔を有し軸方向に延びた複数の固定子スロットを軸方向に貫通する固定子巻線であって、それぞれが前記複数の固定子スロットのいずれかを貫通し、内部に冷却媒体流通孔が形成された少なくとも一つの中空素線を有する複数の導体セットと、軸方向の一端が前記導体セットの端部近傍に嵌合するスリーブと、前記スリーブの他端に設けられる閉止板と、前記スリーブと前記閉止板により前記導体セットの端部に画定される空間内に配置されるとともに前記中空素線の前記流通孔と前記空間の外部とを連通する中空延長管とを有する接続構造体と、前記空間の内部に充填されたろう材と、を具備することを特徴とする固定子巻線。

請求項2

前記スリーブは、前記導体セットの3つの側面の端部付近を覆い、前記空間は、前記導体セットの一方の側面側開放されていることを特徴とする請求項1に記載の固定子巻線。

請求項3

前記スリーブは、前記導体セットの4つの側面の端部付近を覆い、前記4つの側面のうちの1面を覆う部分に前記空間と当該空間の外部を連通する注入口が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の固定子巻線。

請求項4

前記中空素線の端部付近にはめねじが形成され、前記閉止板には延長管貫通孔が形成されるとともに前記延長管は前記延長管貫通孔を貫通し、前記延長管は、前記中空素線の前記めねじに螺合するボルトを貫通可能に構成される、ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の固定子巻線。

請求項5

回転軸方向に延びて軸方向の中央付近回転子鉄心が形成された回転子と、前記回転子鉄心の径方向外側に設けられた円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心の径方向内側に形成され周方向に互いに間隔を有し軸方向に延びた複数の固定子スロットを軸方向に貫通する固定子巻線と、を有する固定子と、を備えた発電機であって、前記固定子巻線は、それぞれが前記複数の固定子スロットのいずれかを貫通し、内部に冷却媒体の流通孔が形成された少なくとも一つの中空素線を有する複数の導体セットと、軸方向の端部が前記複数の導体セットの端部近傍に嵌合するスリーブと、前記スリーブの他端に設けられる閉止板と、前記スリーブと前記閉止板により前記導体セットの端部に画定される空間内に配置されるとともに前記中空素線の前記流通孔と前記空間の外部とを連通する中空の延長管と、を有する接続構造体と、前記空間に充填されたろう材と、を具備することを特徴とする発電機。

請求項6

内部に冷却媒体の流路が形成された少なくとも一つの中空素線を有する導体セットを準備する導体セット準備ステップと、前記導体セットの端部にスリーブを装着する装着ステップと、前記スリーブの開口に閉止板を装着するとともに前記中空素線の連記冷却媒体の前記流路を前記スリーブの外側に連通させる延長管を設置して、前記スリーブと前記閉止板により空間を画定する空間画定ステップと、前記空間に、ろう材を充填するろう充填ステップと、前記スリーブに給排水箱を装着する給排水箱装着ステップと、を有することを特徴とする固定子巻線導体接続方法

請求項7

前記導体セット準備ステップは、交換対象の接続構造体と接続する前記導体セットの端部を切断する切断ステップを含むことを特徴とする請求項6に記載の固定子巻線導体の接続方法。

技術分野

0001

本発明は、固定子巻線発電機、および固定子巻線導体接続方法に関する。

背景技術

0002

水冷式タービン発電機においては、固定子巻線の導体内に冷却水流路を形成する方式、すなわち、固定子直接水冷却方式が多く採用されている。

0003

固定子巻線の各導体は、通常、固定子の径方向内側に周方向に互いに間隔をおいて軸方向に延びるように形成された複数の固定子スロットのそれぞれを貫通する。固定子鉄心の各スロットを貫通する各導体は、縦横アレイ状に配列された複数のコイル素線集合としての導体セットである。複数のコイル素線の一部は、冷却水が通過可能なように中空となっている。

0004

各導体セットは、固定子鉄心の軸方向外側で、給排水箱と呼ばれる給排水箱と接合される。

先行技術

0005

特開2006−340521号公報

発明が解決しようとする課題

0006

各導体セットと給排水箱(クリップ)との接合部には、通常、ろう付けが用いられる。給排水箱との接合部では、このろう付けの信頼性が問題となる。給排水箱との接合部においては、たとえば、隙間腐食による接合部の劣化、あるいは、ろう付け部のボイドが多い場合には、ろう付け部の腐食が想定よりも早く進行する場合がある。

0007

したがって、接合部の信頼性を確保することが重要である。この際、長尺の導体セットを鉛直方向に直立させるなど、特別な作業を要する工程を導入することなしに施工可能な接合方法が望まれる。さらに、給排水箱を含む接合部の経年劣化に伴う補修の場合を考慮すると、固定子を据え付けた状態のままでも補修が可能で、かつ、接合部での信頼性を確保できる補修方法が望まれる。

0008

以上のような課題に鑑みて、本発明の実施形態は、固定子巻線の導体セットと給排水箱との接合部分における信頼性を確保することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

上述の目的を達成するため、本発明に係る固定子巻線は、固定子鉄心の径方向内側に形成され周方向に互いに間隔を有し軸方向に延びた複数の固定子スロットを軸方向に貫通する固定子巻線であって、それぞれが前記複数の固定子スロットのいずれかを貫通し、内部に冷却媒体流通孔が形成された少なくとも一つの中空素線を有する複数の導体セットと、軸方向の一端が前記導体セットの端部近傍に嵌合するスリーブと、前記スリーブの他端に設けられる閉止板と、前記スリーブと前記閉止板により前記導体セットの端部に画定される空間内に配置されるとともに前記中空素線の前記流通孔と前記空間の外部とを連通する中空の延長管とを有する接続構造体と、前記空間の内部に充填されたろう材と、を具備することを特徴とする。

0010

また、本発明に係る発電機は、回転軸方向に延びて軸方向の中央付近回転子鉄心が形成された回転子と、前記回転子鉄心の径方向外側に設けられた円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心の径方向内側に形成され周方向に互いに間隔を有し軸方向に延びた複数の固定子スロットを軸方向に貫通する固定子巻線と、を有する固定子と、を備えた発電機であって、前記固定子巻線は、それぞれが前記複数の固定子スロットのいずれかを貫通し、内部に冷却媒体の流通孔が形成された少なくとも一つの中空素線を有する複数の導体セットと、軸方向の端部が前記複数の導体セットの端部近傍に嵌合するスリーブと、前記スリーブの他端に設けられる閉止板と、前記スリーブと前記閉止板により前記導体セットの端部に画定される空間内に配置されるとともに前記中空素線の前記流通孔と前記空間の外部とを連通する中空の延長管と、を有する接続構造体と、前記空間に充填されたろう材と、を具備することを特徴とする。

0011

また、本発明に係る固定子巻線導体の接続方法は、内部に冷却媒体の流路が形成された少なくとも一つの中空素線を有する導体セットを準備する導体セット準備ステップと、前記導体セットの端部にスリーブを装着する装着ステップと、前記スリーブの開口に閉止板を装着するとともに前記中空素線の連記冷却媒体の前記流路を前記スリーブの外側に連通させる延長管を設置して、前記スリーブと前記閉止板により空間を画定する空間画定ステップと、前記空間に、ろう材を充填するろう充填ステップと、前記スリーブに給排水箱を装着する給排水箱装着ステップと、を有することを特徴とする。

発明の効果

0012

各実施形態によれば、固定子巻線の導体セットと給排水箱との接合部分における信頼性を確保することが可能となる。

図面の簡単な説明

0013

第1の実施形態に係る発電機を含む発電機システムの構成を示す縦断面図である。
第1の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続構造体の構成を示す縦断面図である。
第1の実施形態に係る発電機の固定子巻線の導体セットの構成を示す横断面図である。
第1の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続構造体におけるスリーブの形状等を示す斜視図である。
第1の実施形態に係る発電機の固定子巻線の冷却部の構成を示す系統図である。
第1の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続方法の手順を示すフロ—図である。
第1の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続方法の手順における導体セットの曲げ段階を説明する概念図である。
第1の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続方法の手順におけるめねじ形成段階を説明する図9のVIII−VIII線矢視縦断面図である。
第1の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続方法の手順におけるめねじ形成段階を説明する図8のIX−IX線矢視横断面図である。
第1の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続方法の手順における導体セット先端へのスリーブの装着段階を示す縦断面図である。
第1の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続方法の手順における延長管、および閉止板の設定段階を説明する設定途中の状態を示す部分横断面図である。
第1の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続方法の手順における延長管のボルトによる固定段階を示す部分横断面図である。
第1の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続方法の手順における閉止板の設定段階を示す部分横断面図である。
第1の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続方法の手順における閉止板等の固定段階を説明する縦断面図である。
第1の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続方法の手順におけるろう材充填段階を説明する縦断面図である。
第1の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続方法の手順における導体セット先端を挿入するスリーブの変形例を示す斜視図である。
第1の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続方法の手順におけるボルトの取り外し後の段階を説明する縦断面図である。
第1の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続方法の手順における給排水箱との接続段階を説明する縦断面図である。
第2の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続方法の手順を示すフロ—図である。
第2の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続構造体におけるスリーブの形状等を示す斜視図である。
第2の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続方法の手順における給排水箱との接続段階を説明する縦断面図であり、(a)は補修前、(b)は補修後の状態を示す。
第3の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続方法の手順における延長管、閉止板等の設定および固定段階を説明する縦断面図である。

実施例

0014

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る発電機、固定子および固定子巻線導体の接続方法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。

0015

[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係る発電機を含む発電機システムの構成を示す縦断面図である。発電機システム250は、発電機200および冷却システム150を有する。

0016

発電機200は、回転子10、固定子20、軸受30、フレーム40、および冷却器50を有する。

0017

回転子10は、回転軸方向に延びたロータシャフト11と、ロータシャフト11の径方向外側に取り付けられた円筒状の回転子鉄心12、および回転子鉄心12を貫通する回転子巻線14を有する。

0018

ロータシャフト11の軸方向の一方の端部には、原動機との結合のための結合部11aが設けられている。以下、結合部11aへの方向を結合側、その反対方向を反結合側と呼ぶ。ロータシャフト11は、回転子鉄心12を挟んだ軸方向の両側で、それぞれ軸受30により、回転可能に支持されている。また、ロータシャフト11の、回転子鉄心12とそれぞれの軸受30の間の位置の部分には、それぞれ内扇16が取り付けられている。

0019

回転子鉄心12は、図1に示すように、ロータシャフト11と一体に構成されていてもよい。この場合は、ロータシャフト11において径方向に径の大きくなっている部分を回転子鉄心12と呼ぶこととする。回転子鉄心12の径方向外側表面に周方向に互いに間隔をおいて形成され軸方向に延びた複数の溝状の回転子スロット13が形成されている。回転子巻線14は、通常、界磁巻線であり回転子スロット13内を貫通する。

0020

固定子20は、固定子鉄心21および固定子巻線100を有する。

0021

固定子鉄心21は、円筒状であり、空隙18を介して、回転子鉄心12の径方向外側に配されている。固定子鉄心21は、軸方向に積層された複数の電磁鋼板を有する。固定子鉄心21には、軸方向に互いに間隔をおいて、空隙18から固定子鉄心21の径方向外側に向かう流路である固定子ダクト21aが形成されている。

0022

また、固定子鉄心21の径方向内側には、周方向に互いに間隔をおいて、軸方向に延びる複数の溝状の固定子スロット22が形成されている。固定子巻線100は、固定子スロット22を軸方向に貫通するように設けられる。

0023

固定子巻線100は、複数の導体セット110、それぞれの導体セット110に取り付けられた接続構造体120、および2つの接続構造体120を連結する連結導体130を有する。

0024

それぞれの導体セット110は、複数の固定子スロット22のうちのいずれかを軸方向に貫通し、軸方向の両側が、固定子鉄心21の軸方向端部の外側に突出している。それぞれの導体セット110の両側の端部は、接続構造体120と接続している。後述するように、導体セット110を構成する中空素線112(図2)および接続構造体120は、内部を冷却水等の冷却媒体が通過可能に形成されている。

0025

連結導体130は、2つの接続構造体120を電気的に連結し、かつ、冷却部140と接続している。冷却部140は、フランジ143aを介して冷却システム150と接続することにより、導体セット110、接続構造体120および連結導体130を通過する冷却媒体を、冷却システム150との間で循環可能とする。

0026

図1に示すように、フレーム40は、固定子20の径方向外側を囲むように配されている。フレーム40の軸方向の両側の端部は開放されており、それぞれ軸受ブラケット45が取り付けられている。それぞれの軸受ブラケット45は、軸受30を静止支持している。

0027

フレーム40には、冷却器50が取り付けられている。冷却器50は、外部からの冷却媒体が流れる冷却管51およびこれを収納する冷却器カバー52を有する。フレーム40内の空間と冷却器カバー52内の空間は閉空間40aを構成し、互いに、冷却器入口開口41および2つの冷却器出口開口42を介して連通している。閉空間40aには、たとえば空気あるいは冷却効果の良好なガスなどの冷却用気体封入されており、内扇16により閉空間40a内を循環する。

0028

冷却システム150は、発電機200の外側の2つの接続部143aのそれぞれで、固定子巻線100の冷却部140と接続する配管155と、配管155に介在し冷却媒体を駆動するポンプ156と、冷却媒体を冷却する熱交換器157を有する。

0029

冷却媒体は、ポンプ156により駆動され、配管155および固定子巻線100を循環し、固定子巻線100を冷却する。

0030

図2は、第1の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続構造体の構成を示す縦断面図である。

0031

固定子巻線100において、接続構造体120が、接続の対象とする導体セット110は、中実素線111、および長手方向に沿ってその内部にたとえば冷却水などの冷却媒体の流通孔112aが形成された中空素線112をそれぞれ少なくとも一つ有する。中実素線111および中空素線112は、主成分を同じくする金属または合金でできている。好ましい一例として、この金属または合金は、銅あるいは銅合金である。

0032

図3は、第1の実施形態に係る発電機の固定子巻線の導体セットの構成を示す横断面図である。中実素線111および中空素線112は、それぞれ4隅の角が丸みを帯びた長方形の断面を有する。中空素線112には、断面がほぼ長方形の流通孔112aが形成されている。なお、中実素線111、中空素線112およびその流通孔112aは、たとえば正方形など他の形状の断面を有していてもよい。

0033

図3に示すように、中実素線111および中空素線112は、断面の外側形状が長方形となるように配列されている。また、導体セット110の端面は、平面に形成されている。

0034

図2に示すように、接続構造体120は、スリーブ121、延長管123、閉止板124、および給排水箱(クリップ)128を有する。これらのスリーブ121、延長管123、閉止板124、および給排水箱(クリップ)128についても、中実素線111および中空素線112と主成分を同じくする金属または合金とすることが好ましい。

0035

スリーブ121は、図2に示すように、その軸方向の一端が導体セット110の端部近傍に嵌合し、導体セット110の端部110dの近傍の側面を囲むように設けられる。導体セット110の端部110dとスリーブ121により囲まれて空間120aが形成されているが、1つの側面については、開放されている。

0036

図4は、第1の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続構造体におけるスリーブの形状等を示す斜視図である。スリーブ121のそれぞれの側面は、厚肉部121aおよび厚肉部121aより肉厚の薄い薄肉部121bを有し、内側に折れ曲がった端部121cを有する。厚肉部121aと薄肉部121bは、外側表面に段差なく、内側表面に段差を有するように接続している。底部121dも同様に内表面側に段差を有する。

0037

2つの側面の厚肉部121aと底部121dとで形成される入口開口121fの幅w1および高さh1は、図3に示した導体セット110の断面の幅と高さに対応し、入口開口121fに導体セット110を嵌合可能で、かつ、できるだけギャップが小さくなるような寸法に形成されている。スリーブ121と導体セット110との側部とは、耐熱接着剤によりシールされている。入口開口121fと反対側の端部121cには、出口開口121hが形成されている。

0038

図2に示すように、スリーブ121の出口開口121h(図4)を閉止するように、閉止板124が設けられている。スリーブ121と閉止板124とは、耐熱接着剤により接合、シールされている。閉止板124は、スリーブ121の導体セット110の端部近傍に嵌合する一端とは反対側の他端側に設けられる。スリーブ121と閉止板124により、導体セット110の端部には空間120aが画定される。

0039

導体セット110の端面に一端を接するよう延長管123が設けられており、延長管123の他端は閉止板124を貫通して閉止板124の外側に突出している。延長管123と閉止板124とは、耐熱接着剤により接合、シールされている。閉止板124には、延長管123が貫通可能な延長管貫通孔124h(図12)が形成されている。

0040

中空素線112の端部近傍の内面には、めねじ112bが形成されている。めねじ112bは、後述するボルト122(図12)と螺合可能に形成されている。延長管123の内径は、ボルト122の外径より大きくなるように形成されている。ボルト122およびめねじ112bは、締め付け部127(図12)を構成する。

0041

前述のように、導体セット110の端部110d(図2)、スリーブ121、および閉止板124により、状の空間120aが画定される。空間120aには、少なくともその一部にろう材126が充填されている。好ましい一例として、ろう材126は銅を主成分としたものを用いることができる。

0042

また、中空素線112の流通孔112aは、延長管123の内側と互いに連通している。すなわち、延長管123は、スリーブ121と閉止板124により導体セット110の端部に画定される空間120aの内部に配置され、導体セット110の端部の中空素線112の流通孔112aと空間120aの外部とを連通するように構成される。

0043

図2に示すように、スリーブ121の外側には、給排水箱128が設けられている。スリーブ121と給排水箱128はろう付けされている。このスリーブ121と給排水箱128のろう付けには、例えば、空間120aに充填したろう材126と同じろう材を用いることができる。

0044

給排水箱128は、筒状部128a、縮小部128b、および接続部128cを有する。筒状部128aは、スリーブ121の径方向外側に、スリーブ121を囲むように4つの側面を有する。接続部128cは、冷却管141と接続する部分を有する。縮小部128bは、筒状部128aと接続部128cの間にあって、外形が連続的に減少する。縮小部128bおよび接続部128cには、軸芯に沿って貫通孔128dが形成されている。給排水箱128内の給排水箱空間128sは、貫通孔128dに連通する。

0045

この結果、中空素線112の流通孔112aは、延長管123の内側、および給排水箱空間128sを介して貫通孔128dまで連通する。

0046

以上のような構成により、導体セット110の中空素線112のそれぞれに形成された流通孔112aは、延長管123の内側、給排水箱空間128sおよび貫通孔128dを介して、冷却管141と連通している。

0047

以上、導体セット110の一方の端部110dと、接続構造体120との接続について説明したが、導体セット110の他方の端部についても同様である。

0048

図5は、第1の実施形態に係る発電機の固定子巻線の冷却部の構成を示す系統図である。

0049

図5では、固定子巻線100における導体セット110同士の電気的な接続、および、固定子巻線100における冷媒の流路の接続について示している。

0050

2つの導体セット110は、それぞれに接続する接続構造体120同士を電気的に接続する連結導体130によって、電気的に接続され、巻線を形成する。

0051

また、導体セット110の中空素線112のそれぞれに形成された流通孔112aは、前述のように接続構造体120を介して冷却管141と連通している。ただし、冷媒の流路の連通が、電気的な接続をもたらさないように、図示しないが、たとえば、接続構造体120と冷却管141との接続部を、電気的な絶縁体を介するように構成する、あるいは、冷却管141の途中に電気的な絶縁体を介在させる。

0052

各冷却管141は、ヘッダ142に接続される。ヘッダ142は、フレーム40内の閉空間40aの回転子鉄心12を挟んで軸方向の両側に配置されている。それぞれのヘッダ142には、集合管143が接続され、軸受ブラケット45を貫通し、軸受ブラケット45の外側で、端部に設けられたフランジ143aで、外部の配管155(図1)に接続される。

0053

図6は、第1の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続方法の手順を示すフロ—図である。以下、順次、図7ないし図18引用しながら、固定子巻線の接続方法の手順を説明する。

0054

まず、中実素線111および中空素線112を互いに平行に配列して、導体セット110とする(ステップS01)。この際の断面の例は、図3に示した通りである。断面は、前述のように、外形が長方形となるように形成する。

0055

次に、導体セット110を曲げ加工する(ステップS02)。

0056

図7は、第1の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続方法の手順における導体セットの曲げ段階を説明する概念図である。図7は、曲げ加工を終えた後の導体セット110を示している。この段階では、導体セット110は、固定子鉄心21に収納されていないが、説明の便宜上、導体セット110に重ねて、固定子鉄心21を図示している。固定子鉄心21の径方向内側には、周方向に互いに間隔をおいて、軸方向に貫通する複数の溝状の固定子スロット22が形成されている。

0057

曲げ加工を終えた導体セット110は、収納直線部110a、2つの方向転換部110b、および2つの外部直線部110cを有する。収納直線部110aは、両端の近傍部を除いて、固定子スロット22内に収納される。収納直線部110aの外側は、曲げ加工を施された部分である方向転換部110bであり、その軸方向の外側の外部直線部110cに接続される。

0058

次に、導体セット110の両側の端部の近傍、すなわち、外部直線部110cを切断する(ステップS03)。図7に示すように、切断面は、外部直線部110cの長手方向に垂直な面である。切断により、新たな端部110dが形成される。

0059

次に、中空素線112の端部から方向転換部110bに向かって、中空素線112の内面の一部にめねじ112bを形成する(ステップS04)。

0060

図8は、めねじ形成段階を説明する図9のVIII−VIII線矢視縦断面図であり、図9は、図8のIX−IX線矢視横断面図である。めねじ112bは、図9に示すように、たとえば、中空素線112の断面の長手方向の中央に1か所に形成することでもよいし、あるいは、たとえば、中空素線112の断面の長手方向の中央に2か所に形成することでもよい。これらのステップS01からステップS04が、少なくとも一つの中空素線112を有する導体セット110を準備する導体セット準備ステップの一例である。

0061

次に、導体セット110の端部近傍にスリーブを装着する(ステップS05)。このステップS05が、導体セット110の端部にスリーブを装着する装着ステップの一例である。

0062

図10は、第1の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続方法の手順における導体セット先端へのスリーブの装着段階を示す縦断面図である。スリーブ121の装着位置は、長手方向に、導体セット110が、スリーブ121の厚肉部121aと重なる位置、すなわち、導体セット110が、スリーブ121の厚肉部121aの内側にあって、かつ、厚肉部121aより外側の薄肉部121b側にはみ出さない位置とする。すなわち、導体セット110の端部110dが、厚肉部121aと薄肉部121bとの段差面に一致する位置とする。この結果、導体セット110の端部110dにおける面が、段差が存在する分だけ広くなる。

0063

次に、延長管123を設定し、締め付け部127による締め付けを行う(ステップS06)。

0064

図11は、固定子巻線の接続方法の手順における延長管、および閉止板の設定段階を説明する設定途中の状態を示す部分横断面図である。延長管123の一端を、導体セット110の端部110dにおける中空素線112の端部に接するような位置とする。

0065

図12は、延長管のボルトによる固定段階を示す部分横断面図である。

0066

ボルト122を、延長管123の内部を通過(貫通)させ、ボルト122のおねじを、中空素線112の内面に形成されためねじ112bと螺合させて、締め付ける。なお、次のステップで取り付ける閉止板124を参考のため、図示している。閉止板124には、前述のように、延長管123が貫通する延長管貫通孔124hが形成されている。ボルト122としては、中実のもののほか、中空ボルトを用いてもよい。

0067

次に、閉止板124を設定し、耐熱接着剤を用いて固定およびシールを行う(ステップS07)。

0068

図13は、閉止板の設定段階を示す部分横断面図である。図13は、閉止板124の延長管貫通孔124hに延長管123が挿入されるようにして、閉止板124が所定の位置となった状態を示す。

0069

図14は、閉止板等の固定段階を説明する縦断面図である。

0070

後のステップで空間120aにろう材126を充填する際に、ろう材が流通孔112a内に流入しないように、延長管123は、中空素線112の流通孔112aをカバーするような形状、寸法とする。すなわち、延長管123は、流通孔112aと空間120aとが連通しないように、流通孔112aを覆うような形状、寸法とする。

0071

ステップS06およびS07では、まず、締め付け部127のボルト122を、閉止板124および延長管123内を貫通させ、ボルト122の第1の端部側を、中空素線112に形成されためねじ112bと螺合させる。この結果、桶状の空間120aが形成される。

0072

次に、シール材で固定およびシールを実施する。具体的には、耐熱接着剤を用いて、スリーブ121の端部121cと閉止板124とのシール124wの施工、および閉止板124と延長管123と間のシール123wを施工する。また、耐熱接着剤を用いて、導体セット110とスリーブ121との外側からのシール121wを施工する。

0073

なお、次のステップS08で空間120aにろう材126が充填されることにより、冷却水の流路と外部との間のシールがなされることから、スリーブ121と導体セット110の間については、特にろう材あるいは耐熱接着剤によるシールはなくともよい。

0074

次に、スリーブ121内の空間120aにろう材126を充填する(ステップS08)。

0075

これらの、ステップS06からステップS08が、スリーブ121の開口に閉止板124を装着するとともに中空素線112の流通孔112aをスリーブ121の外側に連通させる延長管123を設置し、スリーブ121と閉止板124により空間120aを画定する空間画定ステップの一例である。

0076

図15は、第1の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続方法の手順におけるろう材充填段階(ろう材充填ステップ)を説明する縦断面図である。ろう材126は、桶状の空間120aの上方から供給することができる。空間120aの全体ではなく、一部分のみにろう材126を充填(供給)するように構成しても構わない。

0077

図16は、第1の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続方法の手順における導体セット先端を挿入するスリーブの変形例を示す斜視図である。

0078

ろう材126が、スリーブ121内の導体セット110の下側に回り込みにくい場合には、図16に示すように、厚肉部121aにテーパ部121tを形成して、底部121dに至る経路を確保するようにしてもよい。

0079

次に、ボルト122の取り外しを行う(ステップS09)。

0080

図17は、ボルトの取り外し後の段階を説明する縦断面図である。ボルト122(図15)と中空素線112のめねじ112bとの螺合を解除し、ボルト122を取り外す。

0081

本ステップS09の結果、中空素線112の流通孔112aから延長管123を介してスリーブ121の外側に連通する流路が形成される。

0082

次に、スリーブ121と一体の導体セット110の端部に給排水箱128を装着し固定する(ステップS10)。

0083

図18は、第1の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続方法の手順における給排水箱との接続段階を説明する縦断面図である。具体的には、給排水箱128の筒状部128aを、スリーブ121に被せるように給排水箱128をスリーブ121に装着する。この結果、スリーブ121、閉止板124および給排水箱128に囲まれた給排水箱空間128sが形成される。

0084

給排水箱空間128sは、冷却水の流路となることから、スリーブ121の径方向の外面と、給排水箱128の径方向の内面との間をシールする必要がある。したがって、たとえば、板ろうを、スリーブ121と給排水箱128との間に挟みこみ、加熱してろう材128fの部分を形成する。続いて、スリーブ121と給排水箱128とを耐熱接着剤を用いてシール128wを形成し、両者を互いに固定しシールする。この板ろうは、好ましくは、ろう材126と同様な銅系のものとすることができるが、これには限定されない。

0085

次に、これまで組み立てた導体セット110と接続構造体120の組み立て物を、固定子スロット22内に装着する(ステップS11)。

0086

次に、連結導体130との接続、および冷却管141との接続とを行う(ステップS12)。

0087

以上のように本実施形態による発電機200の固定子巻線100は、接続構造体120のスリーブ121内の空間120aにろう材126が充填されていることにより、固定子巻線100の導体セット110と給排水箱128との接合における信頼性を確保することができる。すなわち、隙間腐食による接合部の劣化、あるいは、ろう付け部のボイドによるろう付け部の腐食等の要因を排除することができる。

0088

また、空間120aへのろう材126の充填においては、長尺の導体セット110を横置きにした状態で実施することができ、固定子巻線100の接続方法において、導体セット110を直立させるなど、特殊な措置の必要がない。

0089

以上のように、本実施形態は、固定子巻線の導体セットと給排水箱との接合における信頼性を確保することができる。

0090

[第2の実施形態]
本第2の実施形態は、すでに使用されてきた固定子巻線100の接続構造体120の補修時の場合に適用される。

0091

図19は、第2の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続方法の手順を示すフロ—図である。第1の実施形態と同じステップについては、図6で示す第1の実施形態のフロー図と同じステップ番号で表示している。

0092

以下、第1の実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

0093

まず、固定子巻線100を固定子鉄心21に取り付けた状態のままで、接続構造体120を取り外す(ステップS21)。次に、導体セット110を対象とする端部110dの位置で切断する(ステップS22)。なお、ステップS22の導体セット110の切断により、接続構造体120も切り離される場合は、ステップS21は不要である。

0094

この後、中空素線112の端部近傍にめねじ112bを形成(ステップS04)した後、導体セット110の端部110dの近傍にスリーブ121を装着する(ステップS05)。

0095

図20は、第2の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続構造体におけるスリーブの形状等を示す斜視図である。

0096

本実施形態におけるスリーブ121は、導体セット110の端部近傍の4つの側面すべてを覆うように形成されている。また、1つの側面の薄肉部121bには、注入口121zが形成されている。接続構造体120は、対象とする導体セット110の傾きに応じて傾いてもよい。注入口121zは、対象とする導体セット110の端部近傍の据え付け状態に応じて、その最上部における位置に形成する。注入口121zは、導体セット110の端部近傍の4つの側面の1面を覆う部分に設けられ、空間120aと空間120aの外部を連通させる構成である。

0097

次に、延長管123を設定し、締め付け部127により締め付けを行い(ステップS06)、さらに閉止板124を設定し、耐熱接着剤で固定、シールする(ステップS07)。この結果、形成される空間120aは、第1の実施形態のような桶状の空間ではなく、閉鎖された空間となる。これにより、ステップS28におけるろう材126の注入ステップにおいては、対象とする導体セット110の傾きにかかわらず、注入口121zから注入されたろう材126は、こぼれることなく空間120aに保持される。

0098

次に、ボルト122を取り外し(ステップS09)後、給排水箱128を装着する(ステップS30)。

0099

図21は、第2の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続方法の手順における給排水箱(クリップ)との接続段階を説明する縦断面図であり、(a)は補修前、(b)は補修後の状態を示す。

0100

本第2の実施形態においては、給排水箱128は、補修前に用いられていた給排水箱よりも、縮小部128bの長さよりも長く形成されている。この長さの違いは、補修前と補修後で、冷却管141との取り合い箇所を維持するに必要な寸法である。

0101

以上のように、本第2の実施形態は、これまで据え付けられていた状態のままで、部分的に、対象とする導体セット110を処置し、かつ、冷却管141との取り合いも維持することにより、最小限の作業で補修を行うことができる。

0102

[第3の実施形態]
図22は、第3の実施形態に係る発電機の固定子巻線の接続方法の手順における延長管、閉止板等の設定および固定段階を説明する縦断面図である。

0103

本第3の実施形態は、第1の実施形態の変形であり、延長管123aと閉止板124aとの関係、および締め付け部127aが、第1の実施形態と異なる。これ以外は、第1の実施形態と同様である。

0104

本第3の実施形態においては、延長管123aは、閉止板124aを貫通せず、延長管123aの両端部が、中空素線112の端部と、閉止板124aの内側の面すなわち中空素線112側の面に挟まれて、それぞれに接している。閉止板124aには、延長管貫通孔124hに代えて、ボルト122aが貫通するためのボルト貫通孔(図示せず)が形成されている。

0105

ボルト122a、ナット125、閉止板124aおよび中空素線112に形成されためねじ112bは、締め付け部127aを構成する。

0106

締め付けに際しては、まず、ボルト122aは、閉止板124aに形成されたボルト貫通孔と延長管123a内を貫通して、中空素線112に形成されためねじ112bと螺合させる。次に、ボルト122aの閉止板124aの外側に突出した部分にナット125を螺合させ締め付けることにより、延長管123aを中空素線112の端部と閉止板124aの内側面で挟み込み締め付ける。

0107

このようにして、空間120aが形成される。ここで、ボルト122aは、第1の実施形態と同様、空間120aにろう材126を充填した後に取り外される。

0108

以上のような第3の実施形態により、空間120aの形成のための構成のバリエーションを確保することができる。
[その他の実施形態]
以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。たとえば、実施形態においては、発電機の場合を例にとって示したが、大型の電動機の固定子巻線の場合であってもよい。

0109

さらに、実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

0110

10…回転子、11…ロータシャフト、11a…結合部、12…回転子鉄心、13…回転子スロット、14…回転子巻線、16…内扇、18…空隙、20…固定子、21…固定子鉄心、21a…固定子ダクト、22…固定子スロット、30…軸受、40…フレーム、40a…閉空間、41…冷却器入口開口、42…冷却器出口開口、45…軸受ブラケット、50…冷却器、51…冷却管、52…冷却器カバー、100…固定子巻線、110…導体セット、110a…収納直線部、110b…方向転換部、110c…外部直線部、110d…端部、111…中実素線、112…中空素線、112a…流通孔、112b…めねじ、113…冷却水、120…接続構造体、120a…空間、121…スリーブ、121a…厚肉部、121b…薄肉部、121c…端部、121d…底部、121f…入口開口、121h…出口開口、121t…テーパ部、121w…シール、121z…注入口、122、122a…ボルト、123、123a…延長管、123w…シール、124、124a…閉止板、124h…延長管貫通孔、124w…シール、125…ナット、126…ろう材、127、127a…締め付け部、128…給排水箱、128a…筒状部、128b…縮小部、128c…接続部、128d…貫通孔、128f…ろう材、128s…給排水箱空間、128w…シール、130…連結導体、140…冷却部、141…冷却管、142…ヘッダ、143…集合管、143a…フランジ、150…冷却システム、155…配管、156…ポンプ、157…熱交換器、200…発電機、250…発電機システム

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