JPH05252697A - 励磁給電装置を備えた電気機械のロータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 中心の軸孔に設けられた中実導体と、ロータ
巻体ヘッドに設けられた固有の巻線接続部との間の励磁
給電装置を改良して、ロータ軸も電気的な接続部も機械
的に危険にさらされておらず、しかも有効な冷却が可能
となるようなロータを提供する。 【構成】 励磁給電ピン１３を収容するための第１の軸
孔１４が、各１つの熱ガス室Ｈに開口しており、中心の
軸孔９が、ほぼ半径方向に延びる第２の軸孔２０を介し
て冷ガス室Ｋに接続されており、該冷ガス室Ｋから冷却
ガスが前記第１の半径方向の軸孔１４と、前記軸方向の
軸孔９と、前記第２の半径方向の軸孔２０とを通って流
れるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガス冷却式の電気機
械、特にターボ発電機のロータであって、ロータバレル
の外周面に設けられた長手方向スロットに配置された励
磁巻線と、ロータ中心で軸方向の軸孔内を延びる励磁導
線をロータ巻体ヘッドの励磁巻線導体に接続するための
励磁給電装置と、強制的に冷却される励磁給電ピンとが
設けられていて、該励磁給電ピンが、第１の半径方向の
軸孔に配置されており、前記励磁給電ピンの内端部が、
前記励磁導線に電気的かつ機械的に接続されており、前
記励磁給電ピンの外端部が、ロータ軸の外部で接続導体
を介して前記ロータ巻体ヘッドの励磁巻線導体に電気的
かつ機械的に接続されており、前記ロータが、ロータ巻
体ヘッドを支持するためのロータキャップを有してお
り、該ロータキャップの下方に位置するロータ巻体ヘッ
ド室が、ほぼ軸方向に延びる隔壁によって冷ガス室と熱
ガス室とに分割されており、両室を通って通風機から送
出された冷却ガスが流れるようになっている形式のもの
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ターボ発電機では、ロータにおける、ロ
ータ巻線に通じた励磁導線の案内が、一般に中心の軸孔
で行なわれる。この軸孔に位置する導体はたいてい中実
で周囲を絶縁されている。この中心に案内された中実導
体からは、半径方向でこの中実導体にねじ込まれた給電
ピンを介してロータ巻線に対する接続が形成される。こ
のような給電ピンは、たとえばスイス国特許第５８６９
６６号明細書の対象である。銅または銅合金から成るピ
ンの他に、最近の構造では、高強度の鋼から成るピンが
使用され、このようなピンは強制的に冷却されなければ
ならない。

【０００３】この給電ピンは、ロータの自重とアンバラ
ンス力とによる軸の撓みに基づき極めて高い負荷をかけ
られているような軸区分に位置している。この軸区分に
設けられた（半径方向の）孔によって、ロータ軸は弱め
られてしまう。これによって、ピン孔の範囲で亀裂が発
生して、事故を招いてしまうおそれがあるので不都合で
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、中心
の軸孔に設けられた中実導体と、ロータ巻体ヘッドに設
けられた固有の巻線接続部との間の励磁給電装置を改良
して、ロータ軸も電気的な接続部も機械的に危険にさら
されておらず、しかも有効な冷却が可能となるようなロ
ータを提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の構成では、冒頭で述べた形式のロータにおい
て、前記励磁給電ピンを収容するための前記第１の軸孔
が、各１つの熱ガス室に開口しており、中心の前記軸孔
が、ほぼ半径方向に延びる第２の軸孔を介して冷ガス室
に接続されており、該冷ガス室から冷却ガスが前記第１
の半径方向の軸孔と、前記軸方向の軸孔と、前記第２の
半径方向の軸孔とを通って流れるようにした。

【０００６】

【発明の効果】本発明によれば、前記欠点が回避され
て、ピン孔範囲におけるロータ軸の破断危険が排除され
ており、有効な冷却を達成することができる。

【０００７】前記第１の半径方向の軸孔が、前記第２の
半径方向の軸孔に対して周方向でずらされていると有利
である。さらに、前記第２の半径方向の軸孔が、ロータ
軸からロータバレルへの移行部の範囲に配置されてい
て、ロータ軸の中心に位置する室に開口していると有利
である。この範囲には、ロータが危険にさらされること
なく前記第２の軸孔を設けることができる。前記第２の
半径方向の軸孔が磁極中間の近くで（存在する）巻線ス
ロットから出発していると特に好都合となる。この目的
のためには、前記巻線スロットの端部がロータ軸線に向
かって底部溝状に拡張されている。

【０００８】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく
説明する。

【０００９】図１に示したターボ発電機のロータのＮＳ
巻体ヘッドの縦断面図には、符号１でロータバレルが示
されており、符号２でロータ軸が示されている。ロータ
巻体ヘッド３には、公知の形式で中空導体として構成さ
れたロータ巻線導体４が互いに接続されている。キャッ
プリング５とキャッププレート６とから成るロータキャ
ップは、ロータ巻体ヘッド３を支持するために働く。

【００１０】励磁巻線に対する励磁電流の供給は中実導
体７，８を介して行なわれる。この中実導体はロータ軸
２で軸方向に延びる中心の軸孔９に設けられている。中
実導体７，８は絶縁中間層１０によって電気的に互いに
絶縁されている。軸孔９に挿入された絶縁管１１はロー
タ軸２に対して中実導体７，８を絶縁するために働く。

【００１１】両中実導体７，８は巻体ヘッド側の端部で
半径方向の孔を備えており、この孔には、各１つのねじ
山付挿入体１２が導入されている。ねじ山付挿入体１２
には、各１つの励磁給電ピン１３がねじ込まれている。
この励磁給電ピンは第１の半径方向の軸孔１４に配置さ
れている。前記励磁給電ピンの外径は、第１の半径方向
の軸孔１４の内径よりも小さく形成されているので、冷
却ギャップ１５が形成される。この冷却ギャップを通じ
て冷却ガスを案内することができる。冷却ギャップ１５
を設ける代わりに、励磁給電ピンを部分的に中空に構成
することもできる。励磁給電ピン１３の半径方向外側の
端部はねじ山１６を備えている。このねじ山には、励磁
給電ピン１３を巻体ヘッド３のロータ巻線導体４に電気
的に接続するための接続導体１７が固定されている。

【００１２】図２から認められるように、キャップリン
グ５の下に位置するロータ巻体ヘッド室は、軸方向に延
びる隔壁１８によって複数の熱ガス室Ｈ（図２には１つ
しか認められない）と冷ガス室Ｋとに分割されている。
前記隔壁は小さなギャップ１９を残すようにロータ軸２
に延びている。前記室は軸方向においてキャッププレー
ト６もしくはロータバレル１によって仕切られている。

【００１３】機械通風機（図示しない）からは、冷ガス
が冷ガス室Ｋに流入して、中空のロータ巻線導体４に設
けられた側方の開口に流入し、このロータ巻線導体を貫
流して、さらにこのロータ巻線導体から流出し（機械が
両側で通気される場合には、互いに逆のロータ側で）、
次いで熱ガス室Ｈを介して機械エアギャップに流入す
る。冷却ガスは同じく冷ガス室Ｋから側方の開口を介し
て、図３に示したロータスロットに配置されている中空
の巻線ロッドに流入して、この巻線ロッドを貫流し、さ
らにロータの真ん中から流出して機械エアギャップに流
入する。

【００１４】本発明によれば、冷ガスの一部が励磁給電
ピン１３を冷却する目的で分岐される。この目的のため
には、図４に示したようにロータバレルに第２の半径方
向の軸孔２０が設けられている。この軸孔は、熱ガス室
Ｈに、ひいては磁極中間２２に隣接しているロータスロ
ット２１から出発していて、軸方向の軸孔９に開口して
いる。しかもこの場合、前記第２の半径方向の軸孔２０
は軸方向の軸孔９の底部と、中実導体７，８との間の室
２３に開口している。ロータスロット２１はバレル端部
で底部溝状に拡張されている。室２３は通路２４を介し
て、たとえば中実導体７，８の端部に設けられた対応す
る切欠きまたは絶縁管１１に設けられた短いスリットに
よって冷却ギャップ１５に接続されている。図面を見易
くするために、図４ではロータ巻線とエアギャップ遮蔽
体２６とのためのスロット閉鎖体２５も示されている。
前記エアギャップ遮蔽体は周知のように、機械通風機か
ら圧送された冷却ガスが直接に機械エアギャップに流入
してしまうことを阻止する。

【００１５】冷ガス室には、ほぼ通風機圧を有する新し
い冷却ガスが提供される。第２の半径方向の軸孔２０へ
のガス流入部の半径方向位置と、第１の半径方向の軸孔
１４からのガス流出部の半径方向位置とは、遠心力に基
づき付加的に冷媒搬送作用を有している。図３に示した
ように、付加的に第２の半径方向の軸孔２０が周方向で
ロータ回転方向（矢印Ｄ）にずらされて、回転方向で見
て冷ガス室Ｋの端部に位置していると、動圧は付加的に
冷媒搬送作用を有するようになる。

【００１６】励磁給電ピンを強制的に冷却するための前
記手段は、たとえば４極ターボ発電機につき説明した
が、前記手段はもちろん２極電気機械においても考えら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ターボ発電機のロータ巻体ヘッドを励磁給電ピ
ンの範囲で断面した縦断面図である。

【図２】図１に示したロータ巻体ヘッドの平面図であ
る。

【図３】巻線を備えていないロータを非駆動側から見た
図である。

【図４】図１に示したターボ発電機の第２の半径方向の
軸孔の範囲の縦断面図である。

【符号の説明】

１ ロータバレル、 ２ ロータ軸、 ３ ロータ巻体
ヘッド、 ４ ロータ巻線導体、 ５ キャップリン
グ、 ６ キャッププレート、 ７，８ 中実導体、
９ 軸孔、 １０ 絶縁中間層、 １１ 絶縁管、 １
２ ねじ山付挿入体、 １３ 励磁給電ピン、 １４
軸孔、 １５ 冷却ギャップ、 １６ ねじ山、 １７
接続導体、 １８ 隔壁、 １９ ギャップ、 ２０
軸孔、２１ ロータスロット、 ２２ 磁極中間、
２３ 室、 ２４ 通路、 ２５スロット閉鎖体、 ２
６ エアギャップ遮蔽体、 Ｄ 矢印、 Ｈ 熱ガス
室、 Ｋ 冷ガス室

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス冷却式の電気機械のロータであっ
   て、ロータバレル（１）の外周面に設けられた長手方向
   スロット（２１）に配置された励磁巻線（３）と、ロー
   タ中心で軸方向の軸孔（９）内を延びる励磁導線（７，
   ８）をロータ巻体ヘッド（３）の励磁巻線導体（４）に
   接続するための励磁給電装置と、強制的に冷却される励
   磁給電ピン（１３）とが設けられていて、該励磁給電ピ
   ンが、第１の半径方向の軸孔（１４）に配置されてお
   り、前記励磁給電ピンの内端部が、前記励磁導線（７，
   ８）に電気的かつ機械的に接続されており、前記励磁給
   電ピンの外端部が、ロータ軸（２）の外部で接続導体
   （１７）を介して前記ロータ巻体ヘッドの励磁巻線導体
   （４）に電気的かつ機械的に接続されており、前記ロー
   タが、ロータ巻体ヘッド（３）を支持するためのロータ
   キャップ（５，６）を有しており、該ロータキャップの
   下方に位置するロータ巻体ヘッド室が、ほぼ軸方向に延
   びる隔壁によって冷ガス室（Ｋ）と熱ガス室（Ｈ）とに
   分割されており、両室を通って通風機から送出された冷
   却ガスが流れるようになっている形式のものにおいて、
   前記励磁給電ピン（１３）を収容するための前記第１の
   軸孔（１４）が、各１つの熱ガス室（Ｈ）に開口してお
   り、中心の前記軸孔（９）が、ほぼ半径方向に延びる第
   ２の軸孔（２０）を介して冷ガス室（Ｋ）に接続されて
   おり、該冷ガス室（Ｋ）から冷却ガスが前記第１の半径
   方向の軸孔（１４）と、前記軸方向の軸孔（９）と、前
   記第２の半径方向の軸孔（２０）とを通って流れるよう
   になっていることを特徴とする、励磁給電装置を備えた
   電気機械のロータ。
2. 【請求項２】 前記第１の半径方向の軸孔（１４）が、
   前記第２の半径方向の軸孔（２０）に対して周方向でず
   らされている、請求項１記載のロータ。
3. 【請求項３】 前記第２の半径方向の軸孔が、ロータ軸
   （２）からロータバレル（１）への移行部の範囲に配置
   されていて、ロータの中心に位置する室（２３）に開口
   している、請求項１または２記載のロータ。
4. 【請求項４】 前記第２の半径方向の軸孔（２０）が、
   ロータの磁極中間（２２）に接しているか、または少な
   くとも隣接しているロータスロット（２１）から出発し
   ている、請求項３記載のロータ。
5. 【請求項５】 前記励磁給電ピン（１３）が、ピン長手
   方向に延びる冷却孔を備えており、かつ／または前記励
   磁給電ピン（１３）と、前記第１の半径方向の軸孔の壁
   との間に、冷却ギャップ（１５）が設けられている、請
   求項１から４までのいずれか１項記載のロータ。