JPH0898444A - 回転子巻線端部固定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、大径、高周速回転子の巻線端
部に作用する遠心力に対しても十分な機械的強度を確保
すると共に、回転子巻線に必要な絶縁距離も併せて確保
でき、現地組立てに適した回転子巻線端部固定装置を得
ることにある。 【構成】本発明の回転子巻線固定装置は、回転子巻線11
端部の内径側の軸方向に取付けたステ―13と、互いに間
隔をおいて取り付けた複数の支えリング14と、両端部に
それぞれ支えリング14に挿通固定するためのねじ部が形
成され且つこのねじ部の根元にガラスまたは合成繊維と
ゴムから成る応力集中緩和用部材18を有し支えリング14
に挿通後にナット16により固定される剛性の高いＵ字形
締付けボルト15と、回転子巻線11端部とＵ字形締付けボ
ルト15間、回定子巻線11端部相互間および回転子巻線11
端部と支えリング14間に配置された絶縁ブロック17と、
回転子巻線11端部とＵ字形締付けボルト15間に配置され
る応力集中緩和用部材18を受ける溝とを備えたことを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は回転電機、特に可変速揚
水発電機等の大形回転機の回転子巻線端部固定装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】通常の水車発電機では突極形回転子が採
用されているため、回転子巻線は構造物を兼ねた突極界
磁極に巻回されており、運転時に作用する遠心力に対し
て回転子巻線は界磁極に設けられた鍔により拘束され
る。一方、交流可変速揚水発電機では、円筒形回転子に
収めた三相分布巻線を交流励磁する方式が採用されるの
で、運転時に作用する遠心力に対して前記回転子巻線を
拘束するには通常の揚水発電機とは異なる方法に依り支
持固定する必要があった。このことから、従来の可変速
揚水発電機の回転子巻線の第一の例では、図５および図
６に示すように回転子鉄心12のスロット内に回転子巻線
11を収めて、図示しないスロット楔により固定し、回転
子鉄心12の端部から外に突出した回転子巻線11の端部
は、長手方向の複数箇所に回転子巻線11の端部を挟通さ
せてＵ字形締付けボルト15を設け、ナット16により連結
固定している。この場合、Ｕ字形締付けボルト15と回転
子巻線11の端部との間、回転子巻線11の端部と支えリン
グ14との間、上側巻線11ａと下側巻線11ｂとの間には、
接地電位の金属構造物に対して放電が生じぬよう、巻線
電圧に応じた絶縁距離を確保するための絶縁性の絶縁ブ
ロック17が配置されている。なお、Ｕ字形締付けボルト
15の代わりに熱硬化性樹脂を含浸したガラス繊維から成
るコ―ド22によって支えリング14に結合固定する場合も
ある。従って、このような構成の回転子巻線11の端部固
定装置にあっては、運転時に回転子巻線端部に作用する
遠心力はＵ字形締付けボルト15を介して支えリング14に
伝達されるため、支えリング14の剛性が十分大きければ
巻線端部の外形方向への変形を極めて小さく抑えること
ができる。

【０００３】また第２の例として、図７に示すように、
回転子鉄心12のスロット内に回転子巻線11を収めて図示
しないスロット楔により固定し、回転子鉄心12の端部か
ら外に突出した回転子巻線11の端部は回転子鉄心12の端
部にステ―13を介して固定された支えリング14と回転子
巻線11の端部との間および回転子巻線11の端部相互間に
絶縁ブロック17を配置して回転子巻線11端部の外周面に
非磁鋼あるいは熱硬化性樹脂を含浸したガラス繊維等の
バインドコ―ド23を巻回していた。この場合、発電機回
転子を転動する転動装置、バインドコ―ド23を順次送出
す送出し装置およびバインドコ―ド23に一定の張力を与
えるための定張力装置等が用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した図
５および図６の例（第一の例）では、回転子巻線11の端
部に作用する遠心力は全て、上側巻線11ａに接する絶縁
ブロック17ａを介してＵ字形締付けボルト15に伝達され
る。従って、絶縁ブロック17ａのＵ字形締付けボルト15
と接する面に遠心力が集中し、圧縮応力が極めて高くな
る。可変速揚水発電機が大形で高周速になるに従って遠
心力も大きくなるので、圧縮応力絶縁ブロック17ａの材
料強度に近づくと絶縁ブロック17ａが破損する恐れがあ
る。

【０００５】一般に、金属の圧縮強度は、絶縁物の圧縮
強度より高いので、絶縁ブロック17ａを金属化すれば可
変速揚水発電機の大形化に対応出来るが、通常、可変速
揚水発電機を大形化するほど回転子巻線11の巻線電圧が
高くなるので、必要な絶縁距離を確保できなくなるとい
う問題があった。

【０００６】上述した図７の例（第２の例）では、回転
子巻線11の端部外周にバインドコ―ド23を巻回するた
め、発電機回転子を回転させる転動装置とバインドコ―
ド23との送り出し装置、およびバインドコ―ド23の一定
の張力を与える定張力装置が必要である。しかし、直径
が５ｍを超えるような大形可変速揚水発電機の回転子で
は、輸送上の制約から現地組立が行われていることが多
くなり、この場合には従来から使用される転動装置、コ
―ド送り出し装置、定張力装置等での対応が困難であ
る。

【０００７】上記のような諸装置を使用することなく、
現地で回転子巻線11の端部を固定する方法として、図８
のように行うことが考えられる。すなわち、図８におい
て、回転子巻線11の端部はその長手方向の数箇所を、熱
硬化性樹脂を含浸したガラス繊維からなるコ―ド22によ
って、回転子鉄心12の端部に結合固定された支えリング
14と相互にバインドしている。運転時回転子巻線11の端
部に作用する遠心力は含浸樹脂を加熱硬化したコ―ド22
を介して支えリング14に伝達されるため、支えリング14
の剛性が十分大きければ巻線端部の外径方向への変形は
極めて小さく抑えられる。しかし、ここで問題なのは巻
き付けたコ―ド22の緩みである。この緩みは運転時、回
転子巻線11の端部が回転子外径方向へ変形することを許
し、その変形量は緩みが大きいほど大きくなる。コ―ド
22は緩みを生じぬよう注意しながら巻回されるが、手作
業であるため、必ずしも緩みがないとは言えなかった。
さらに、回転子巻線11の端部変形が大きくなると、回転
子巻線11に施された絶縁の弾性変形限度を超えるように
なり、回転子鉄心12の端部近辺の絶縁層にクラックを生
じ、絶縁性能が著しく低下するという問題が生じてい
た。

【０００８】本発明の目的は、大容量可変速発電機のよ
うな大径、高周速回転子の巻線端部に作用する遠心力に
対しても十分な機械的強度を確保することができ、且
つ、回転子巻線に必要な絶縁距離も併せて確保でき、現
地組立てに適した回転子巻線端部固定装置を提供するこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
回転子鉄心に形成されたスロット内に収められ、回転子
鉄心端部より軸方向に突出する回転子巻線端部を有する
回転電機の回転子鉄心端部における回転子巻線端部の内
径側の軸方向に突出するように取付けたステ―と、この
ステ―に互いに間隔をおいて取り付けられた複数の支え
リングと、ほぼＵ字形であって両端部にそれぞれ支えリ
ングに挿通固定するためのねじ部が形成され且つこのね
じ部の根元にガラスまたは合成繊維とゴムから成る応力
集中緩和用部材を有し回転子巻線端部の長手方向の複数
箇所を挟み支えリングに挿通後にナットにより固定され
る剛性の高いＵ字形締付けボルトと、回転子巻線端部と
Ｕ字形締付けボルト間、固定子巻線端部相互間および回
転子巻線端部と支えリング間にそれぞれ配置された複数
の絶縁ブロックと、回転子巻線端部とＵ字形締付けボル
ト間に配置される絶縁ブロックに設けた応力集中緩和用
部材を受ける溝とを備えたことを特徴とする。

【００１０】また、請求項２に係る発明は、回転子鉄心
に形成されたスロット内に収められ回転子鉄心端部より
軸方向に突出する回転子巻線端部を有する回転電機の回
転子鉄心端部における回転子巻線端部の内径側の軸方向
に突出するように取付けたステ―と、このステ―に互い
に間隔を介して取り付けられた複数の支えリングと、両
端部にそれぞれ支えリングに挿通固定するためのねじ部
が形成され回転子巻線端部の長手方向の複数箇所を挟み
支えリングに挿通後にナットにより固定されるＵ字形締
付けボルトと、回転子巻線端部相互間および回転子巻線
端部と支えリング間にそれぞれ配置された複数の絶縁ブ
ロックと、Ｕ字形締付けボルトの根元の部分と接する回
転子巻線端部との間に設けた応力集中緩和用として剛性
の高い円弧状の金属ブロックと高硬度のゴムを一体化し
た複合ブロックとを備えたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】請求項１に対する発明によれば、運転時の遠心
力はＵ字形締付けボルトと回転子巻線端部間では圧縮力
として作用するため、外周側絶縁ブロック17と接する前
記Ｕ字形締付けボルト15の根元のＵ字部に応力集中が生
じる。このため、Ｕ字形締付けボルト15の根元のＵ字部
にガラスまたは合成繊維とゴムから成る応力集中緩和用
部材18を形成し、この応力集中緩和用部材18と接する外
周側絶縁ブロック17に溝を設け、応力集中緩和用部材を
この溝で受けることにより、Ｕ字形締付けボルト15に作
用する圧縮応力はこの応力集中緩和用部材18を介して外
周側絶縁ブロック17の溝の全面に作用するため、外周側
絶縁ブロック17との接触面積が拡大され、外周側絶縁ブ
ロック17に応力が集中することなく、その接触面におけ
る面圧を均一化できるので、大径、高周速の可変速揚水
発電機の回転子巻線に対しても十分な信頼性を確保する
ことができる。

【００１２】請求項２に対する発明によれば、運転時の
遠心力はＵ字形締付けボルトと回転子巻線端部間では圧
縮力として作用するため、Ｕ字形締付けボルト15の根元
のＵ字部と回転子巻線端部間に剛性の高い円弧状の金属
ブロック19と高硬度のゴム20を一体化した複合ブロック
21を設けたことで、Ｕ字形締付けボルト15に作用する圧
縮応力は円弧状の金属ブロック19を介して高硬度のゴム
20全面に作用するため回転子巻線端部に応力が集中する
ことなく、その接触面における面圧を均一化できるの
で、大径、高周速の可変速揚水発電機の回転子巻線に対
しても十分な信頼性を確保することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明による回転子巻線端部固定装
置の第１実施例の概略構成図であり、図２は図１中のＡ
−Ａ線に沿って切断し、矢印方向に見た拡大断面図であ
る。図１および図２において、回転子巻線11は回転子鉄
心12に設けられた図示しないスロットに収められ、スロ
ット楔により支持固定されている。また、回転子鉄心12
の端部から突出した回転子巻線11の端部の内径側には、
回転子鉄心12の端部にステ―13を介して支えリング14が
取付けられている。回転子巻線11端部の長手方向の数箇
所には回転子巻線11の端部間を狭通させて剛性の高いＵ
字形締付けボルト15が設けられ、その端部がナット16に
て支えリング14にそれぞれ連結固定されている。この場
合、Ｕ字形締付けボルト15と上側巻線11ａとの間、上側
巻線11ａと下側巻線11ｂとの間下側巻線11ｂと支えリン
グ14との間には、絶縁ブロック17ａ，17ｂ，17ｃが配置
される。また、Ｕ字形締付けボルト15のねじ部の根元の
Ｕ字部と絶縁ブロック17ａとが接する部分には応力集中
緩和用の応力集中緩和用部材18が形成されているこの応
力集中緩和用部材18は、ガラス繊維または合成繊維（例
えば、ポリアミド系合成樹脂からなる繊維）の両面およ
び片面にゴム（例えば、ウレタンゴム）を張り合わせて
ロ―ル状にした後、加圧・加熱加硫成形してブロック状
にしＵ字形締付けボルト15に装着する。あるいは、Ｕ字
形締付けボルト15に直接ガラス繊維または合成繊維の両
面および片面にゴム（例えば、ウレタンゴム）を張り合
わせたものを巻回し、加圧・加熱加硫して応力集中緩和
用部材18を形成する。なお、上側巻線11ａとＵ字形締付
けボルト15間に配置される外周側絶縁ブロック17ａには
応力集中緩和用部材18を受ける溝が設けられている。本
実施例によれば、運転時の遠心力によってＵ字形締付け
ボルト15に生じる圧縮応力はＵ字形締付けボルト15の根
元の部分に応力集中緩和用部材18を形成し、この応力集
中緩和用部材18を受ける外周側絶縁ブロック17ａに溝を
設けたことによって、Ｕ字形締付けボルト15に作用する
圧縮応力はこの応力集中緩和用部材18を介して外周側絶
縁ブロック17ａの溝の全面に作用するため、外周側絶縁
ブロック17ａとの接触面積が拡大され、外周側絶縁ブロ
ック17ａに応力が集中することなく、その接触面におけ
る面圧を均一化できるので、大形可変速揚水発電機のよ
うな大径、高周速回転子の巻線端部に作用する遠心力に
対しても十分な機械的裕度を確保することができる且
つ、巻線に必要な絶縁距離も併せて確保できる。

【００１４】次に、本発明の回転子巻線端部固定装置の
第２実施例について図３および図４を参照して説明す
る。図３は回転子巻線端部固定装置の第２実施例の概略
構成図であり、図４は図３中のＢ−Ｂ線に沿って切断
し、矢印方向に見た拡大断面図である。図３および図４
において、回転子巻線11は回転子鉄心12に設けられた図
示しないスロットに収められ、スロット楔により支持固
定されている。また、回転子鉄心12の端部から突出した
回転子巻線11の端部の内径側には、回転子鉄心12の端部
にステ―13を介して支えリング14が取付けられている。
回転子巻線11端部の長手方向の数箇所に回転子巻線11の
端部間を狭通させて、剛性の高いＵ字形締付けボルト15
が設けられ、その端部がナット16にて支えリング14にそ
れぞれ連結固定されている。また、上側巻線11ａと下側
巻線11ｂとの間、下側巻線11ｂと支えリング14との間に
は、絶縁ブロック17ｂ，17ｃが配置される。そして、Ｕ
字形締付けボルト15のねじ部の根元のＵ字部と上側巻線
11ａが接する部分には応力集中緩和用として、剛性の高
い円弧状の金属ブロック19と高硬度のゴム20を一体化し
た複合ブロック21が設けられている。この複合ブロック
21は、円弧状の金属ブロック19としてＳＵＳ３０４を用
いＳＵＳ３０４の平坦部面に高硬度のゴム20（例えば、
ウレタンゴム）を加硫接着したもので、Ｕ字形締付けボ
ルト15と接する部分にＵ字形の切り込み溝が設けられて
いる。本実施例によれば、Ｕ字形締付けボルト15の根元
のＵ字部と接する上側巻線11ａ間に剛性の高い円弧状の
金属ブロック19と高硬度のゴム20を一体化した複合ブロ
ック21を設けたことで、Ｕ字形締付けボルト15に作用す
る圧縮応力は複合ブロック21の金属ブロック19を介して
高硬度のゴム20全面に作用するため、上側巻線11ａに応
力が集中することなく、その接触面における面圧を均一
化できるので、大径、高周速の可変速揚水発電機の回転
子巻線に対しても十分な信頼性を確保することができ
る。

【００１５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、大形
可変速揚水発電機のような大径、高周速の回転子巻線端
部に作用する遠心力に対しても十分な機械的強度を確保
することができ、且つ、現地組み立てに適した回転子巻
線端部固定装置を提供ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による回転子巻線端部固定装置の第１実
施例を示す概略構成図。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿って切断し、矢視方向に見
た拡大断面図。

【図３】本発明による回転子巻線端部固定装置の第２実
施例を示す概略構成図。

【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿って切断し、矢視方向に見
た拡大断面図。

【図５】従来の可変速揚水発電機の回転子巻線端部固定
装置の第１の例を示す概略構成図。

【図６】図５のＣ−Ｃ線に沿って切断し、矢視方向に見
た拡大断面図。

【図７】従来の可変速揚水発電機の回転子巻線端部固定
装置の第２の例を示す概略構成図。

【図８】現地で組立てられる従来の可変速揚水発電機の
回転子巻線端部を示す構成図。

【符号の説明】

11…回転子巻線、11ａ…上側巻線、11ｂ…下側巻線、12
…回転子鉄心、13…ステ―、14…支えリング、15…Ｕ字
形締付けボルト、16…ナット、17，17ａ，17ｂ，17ｃ…
絶縁ブロック、18…応力集中緩和用部材、19…金属ブロ
ック、20…ゴム、21…複合ブロック、22…コ―ド、23…
バインドコ―ド。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転子鉄心に形成されたスロット内に収
   められ、前記回転子鉄心端部より軸方向に突出する回転
   子巻線端部を有する回転電機の前記回転子鉄心端部の内
   径側軸方向に突出するように取付けたステ―と、このス
   テ―に互いに間隔をおいて取り付けられた複数の支えリ
   ングと、ほぼＵ字形であって両端部にそれぞれ前記支え
   リングに挿通固定するためのねじ部が形成され且つこの
   ねじ部の根元にガラスまたは合成繊維とゴムから成る応
   力集中緩和用部材を有し前記回転子巻線端部の長手方向
   の複数箇所を挟み前記支えリングに挿通後にナットによ
   り固定される剛性の高いＵ字形締付けボルトと、前記回
   転子巻線端部と前記Ｕ字形締付けボルト間、前記固定子
   巻線端部相互間および前記回転子巻線端部と前記支えリ
   ング間にそれぞれ配置された複数の絶縁ブロックと、前
   記回転子巻線端部と前記Ｕ字形締付けボルト間に配置さ
   れる前記絶縁ブロックに設けた前記応力集中緩和用部材
   を受ける溝とを備えたことを特徴とする回転子巻線端部
   固定装置。
2. 【請求項２】 回転子鉄心に形成されたスロット内に収
   められ、前記回転子鉄心端部より軸方向に突出する回転
   子巻線端部を有する回転電機の前記回転子鉄心端部の内
   径側の軸方向に突出するように取付けたステ―と、この
   ステ―に互いに間隔をおいて取り付けられた複数の支え
   リングと、先端部にそれぞれ前記支えリングに挿通固定
   するためのねじ部が形成され前記回転子巻線端部の長手
   方向の複数箇所を挟み前記支えリングに挿通後にナット
   により固定されるＵ字形締付けボルトと、前記回転子巻
   線端部相互間および前記回転子巻線端部と前記支えリン
   グ間にそれぞれ配置された複数の絶縁ブロックと、前記
   Ｕ字形締付けボルトの根元の部分と接する前記回転子巻
   線端部との間に設けた応力集中緩和用として剛性の高い
   円弧状の金属ブロックと高硬度のゴムを一体化した複合
   ブロックとを備えたことを特徴とする回転子巻線端部固
   定装置。