JPS6041540B2 - 交流回転電機のガス冷却集電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は交流回転電機のガス冷却集電装層の改良に係り
、特に大容量タービン発電機のように、スリップリング
を有し、そしてその表面に密集して刷子が配されるガス
冷却集電装層の改良に関するものである。

一般に交流回転電機の集電装層は、回転子巻線と電気的
に結合され、かつ回転子とともに回転するスリップリン
グと、このスリップリング表面に所定の押圧力をもって
摺動ができるように配されている刷子とにより構成され
、そして両者の接触により固定部と回転部間の通電が行
なわれるように形成されている。

通常のこの種回転電機の集電装層では必要通電電流の大
きさによって刷子の数が選定され、刷子がその数だけス
リップリング上に配設されるわけであるが、５０■ Ｍ
Ｗ以上、例えば１０００ＭＷクラスの交流回転電機の集
電装層ともなると、その榊子の数は膨大な数となる、例
えば１０００ＭＷのタービン発電機を例にとれば、スリ
ップリングが４００脚心ｘ４０仇奴の表面に、摺動面の
大きさが４比奴×２５肋の刷子が１６の固も必要となっ
てくる。

ある定められた広さ、すなわち子めその大きさが制限さ
れたスリップリングの情動表面に数多くの刷子を並設す
るには、刷子を密に配置する必要があり、したがって刷
子の隣接間隔は必然的に小さくなってくる。勿論スリッ
プリングの大きさに制限がなくスリップリングの表面積
を増大、すなわちスリップリングの直径を大きくするか
、あるいは中寸法（鞠方向長さ）を大きくすれば、刷子
をゆとりのある間隔で並設することが可能である。

しかし前述もしたように、みだりにスリップリングの直
径を増大させることは、スリップリングの表面の周速、
すなわち摺動部分の摺動遠さに問題が生じ、又中寸法の
増大をはかることは、回転電機の軸長の増大をはかるこ
とになりこれまた好ましいものではない。このようなこ
とからこの種大容量タービン発電機の剛子装置は、経験
的に刷子を許すかぎりの間隔に隣接させ、その必要面積
よってスリップリングをできるだけ小形におさえるよう
にしている。

集電装層は小形にして回転部と固定部閥の通電が行なわ
れればそれでよいわけであるが、安定した充分な通電を
行うには、それ以外に大きな問題の一つとして冷却の問
題がある、すなわちスリップリングと刷子は常に摺動状
態にあるものであり、又接触抵抗部（嵐Ｕ子とスリップ
リングの接触部分）を大電流が流通することから、当然
両者間には非常に大きな摩擦熱及び抵抗損による熱が発
生する。従ってこの種回転電機の集電装置は、その摺動
部やその周辺に冷却ガスを送り込み、その発生熱を奪う
ようにしている。このように交流回転電機が大容量化す
ればする程、その刷子の密集度は大となり、冷却装置は
効率のよい精巧なものが要求されてくる。

一概に効率のよい冷却装置を製造するといっても、冷却
装置にも限度があり、この種ガス冷却の集電装直のもの
では、最終的には冷却ガスの量を増すことになるのが普
通である。ガス量を増すといっても刷子部へ遠い速度で
冷却ガスを噴出させてはその風圧により刷子の安定度が
阻害されることになり、結局４・形にして効率のよい安
定したガス冷却の大電流集電装置を得ることは非常に難
かしかった。本発明はこれにかんがみなされたものであ
り、従ってその目的とするところは、特に特殊な冷却装
置や他の装置を用いることなく小形にして充扮安定した
大電流の通電が可能なこの種回転電機のガス冷却集電装
暦を提供するにある。すなわち本発明は、スリップリン
グ摺動面に密集している刷子を、周方向に複数個の剛子
群に分けるとともに、該刷子群の周万向の隣接間隔をそ
の刷子群内の個々の剛子の周方向隣接間隔より大ならし
め、かつ前記刷子群内の個々の刷子の周方向隣接間隔を
、刷子を周万向に平等に配置した場合の間隔より小さく
なるようになし、初期の目的を達成するようにしたもの
である。

以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明する
。

第１図には大容量タービン発電機に採用されている集電
装層１とそ周囲が断面で示されている。

集電装暦１は発電機の反駆動側端に設けられ、主として
正負２個のスリップリング２と榊子３と、それに冷却装
置４とにより構成されている。夫々のスリップリング２
はその内周面に配された絶縁層１０を介して回転軸５に
固定され、回転軸と一体に回動する。回転軸５は軸受６
によって回動自在に支持され、その一方端にフランジ７
を有し発電機の回転子（図示せず）に結合されている。
又回転軸５はその内部に中空孔８を有し、前記スリップ
リングと回転子巻線（図示せず）を電気的に結合するた
めのＩＪード線９を内蔵している。さらに冷却装置４と
しての冷却ファン１１が回転軸５に固定され、その回転
により集電装層を冷却する冷却ガスが循環するように構
成されている。スリップリング２の内部に１８として示
してある軸万向の貫通孔は、その冷却ガスの一部を通過
させスリップリングを内部から冷却する冷却孔である。
又このスリップリング２の摺動表面には、刷子３が刷子
保持器１２に支持され配置されている。刷子保持器１２
はブスリング１３を介して架台１４に固定支持されてい
る。刷子３からはビグテールが引出され、刷子はこのピ
グテール及び前記ブスリングを介して外部電源に電気的
に結合されるわけであるが、ここでは特に関係ないので
省略してある。集電装層１全体はカバー１５でおおわれ
、図中実線矢印で示すように冷却ガスが流通する、すな
わち冷却ファン１１の回動により冷却ガスは架台１４に
設けられている冷却ガス吸入孔１６よりカバー１５内に
吸入され、この吸入されたガスはスリップリングの冷却
孔１８及び情勤部分を流通してこれらの部分の熱を奪い
架台の排出孔１７より排出される。スリップリング２、
スリップリング上に配された漏り子３及び両者の摺動部
分は、このようにして冷却されるわけであるが、この場
合、剛子３はスリップリング上に単に並設されるだけで
はなく、次のように並設される、すなわち第２図及び第
３図に示すように、数多くある刷子３は周方向に複数個
の刷子群３ａ，３ｂ，３ｃ・・・に分けられる。

尚図中刷子保持器は省略してある。そして特にこれらの
刷子群は、隣接する刷子群と所定の間隔Ｇｏをもって並
設されるのである。すなわちこの間隔は、刷子群内の個
々の刷子間の間隔Ｇ，より大きな寸法に配されるのであ
る。実用に際してのこの間隔寸法としては、理由は後述
するが、例えば刷子群内の個々の隣接榊子間が３５肋の
場合６仇奴位あれば充分である。実験の結果ではこの間
隔が大きい程有利な結果がでたが、この間隔が大きいこ
とは刷子の並設数が減ることであり、好ましくなく最も
効率のよい寸法としては刷子１個分の間隔にとどめるの
が良いようである。実用に際しての刷子群の形成は特に
次のようにするのがよい。

第４図及び第５図は、従来のものと本発明の刷子の並設
状態を対比して示したもので、第４図はある定められた
大きさのスリップリング２に必要数の刷子３を順次並設
した従釆のものである。

これからもわかるように、個々の刷子間隔○２はすべて
ほぼ一定である。これに対し第５図は本発明の一実施例
を示すもので、スリップリング２の大きさ及び刷子３の
数は第４図と同一であるが、しかし刷子３はこの図から
明らかなように所定数の荊子群３ａ，３ｂ…に分けられ
、そしてその刷子群内の個々の刷子３の隣接間隔Ｇ３は
縮められ、刷子群３ａ，３ｂ・・・の隣接間に前述した
刷子間隔○２第４図より大きな間隔に。ができるように
なされるのである。尚図中スリップリング２の下方部に
刷子が配されていない空間Ｇがあるが、この空間は回転
軸の下方となるため刷子の点検や交換が困難なので、一
般にはこの空間（ここでは杏点検空間という）には刷子
が設けられていないのが普通である。次にこのように榊
子群ごとに並設され、かつ特別な刷子間隔をもった集電
装層の作用についてのべる。

第６図及び第７図は刷子とスリップリングの関係を展開
して示すもので、第６図は従釆一般のもの第７図は本発
明のものである。

図中実線矢印Ｒはスリップリング２の回転方向を示し、
実線矢印Ｚはスリップリングの回転によるその周囲のガ
スの乱流及び刷子摩耗粉の流動状態を示すものである。
まず第６図において、スリップリング２が矢印方向に回
動すると、その回動に伴なし、スリップリング周囲のガ
スは実線矢印Ｚで示すように刷子３の間で空転をする、
この空転は隣接刷子間の間隔が小さい程速い速度で行な
われる。この場合、刷子の摩耗粉の一部もこのガスと同
様に空転し、その一部の摩耗粉は刷子間から摺動部外侃
Ｕ子の反摺動側の方向）に逃げるが、大部分は次の刷子
の摺動面に突入していく、すなわち刷子間に空間があっ
てもスリップリング２の回動に伴うガスの空転が刷子間
に空転圧力層を作り、このためにある刷子より排出され
た摩耗粉は次の刷子へ突入してしまうということである
。そしてこの摩耗粉の突入が日頃次刷子に行なわれ、前
述した刷子の振動や抵抗損熱を増長しているというとで
ある。勿論この場合この刷子間に外部（例えば冷却ファ
ン）より噴出ガス（Ｓ矢印で示す）を吹きつけこの空転
の作用を破かし、すればよいのであるが、大容量機の集
電装層のように刷子が密集していればいる程、個々の刷
子間に夫々冷却ガスを強く吹きつけることは難しく、到
底集軍部冷却のために設けられた冷却ファン（第１図の
１１）ではこのガス空転作用を破壊することは難しい。
従って刷子摩耗粉末及び腰かし、ガスが摺動部をその表
面に沿って周万向に循環することになる。この摩耗粉が
猫動面を走ることは楯勤部の通電抵抗となり又刷子の・
押圧方向の振動をも生じさせる。大電流の集電装層が冷
却を強化しても通電電流の向上ができないのはこの理由
も一つの原因である。これが本発明の集電装層、すなわ
ち第７図のよ，うに、複数個の刷子群を有し、荊子群が
個々の刷子３間の間隔Ｇ３より大なる間隔Ｇｏを有する
ようにすることによって解決されるのである。

すなわち個々の刷子間で生ずるガス及び粉末の空転はし
第６図の場合、すなわち従来のものと何等変らない、か
えって個々の刷子３間の間隔０３は第６図の場合より４
・さし、ので逆に空転速度は上り、結局刷子摺動面に暖
かいガス及び粉末が次々と突入はし易くなる。しかし刷
子群間には個々の刷子間より大きな空間Ｇｏがありこの
部分で急にこれらの空転が弱くなり、従ってこの部分に
おいては外部冷却ガスＳの動きにこの空転が破壊され易
く、この部分で今まで進んできた暖かいガス及び粉末が
外部（嵐Ｕ子の反摺動側方向）へ放出され易くなるので
ある。すなわち剛子群内の中央部では従来と同様あるい
はそれ以上の作用はしているが、刷子群の端部（スリッ
プリングの回転方向に対向する側）の剛子はその前の刷
子の暖かいガスや粉末の突入が少なく、全体的にみた場
合、その通電容量の向上をはかれるのである。第８図は
これらを実験した結果で、従来の集電装債と本発明の集
電装層を温度的な面より比較したものである。

従来の集電装層ｘ曲線に比し本発明の集電装層ｙ曲線の
方が全体的にみて４〜５％低いことがわかるであろう。
この場合４〜５％の向上であるが、この種ガス冷却の大
容量回転電機においては、前述もしたように冷却及びス
リップリングの大きさの点で限界にきており、これだけ
の温度低下を期待することは非常に難しいことなのであ
る。第９図には、刷子の通電電流に対する振動測定結果
が示されている、該図からも明らかなように、刷子の振
動においても本発明の集電装暦（ｐ曲線）の方が従来の
集電装暦（Ｑ曲線）に比し優れていることがわかるであ
ろう。

以上説明してきたように、ある定められた大きさのスリ
ップリング及び刷子数の集電装層の、その剛子を周方向
に複数個の刷子群に分け、該刷子群の隣接間隔を個々の
刷子の隣接間隔より大ならしめるように配すことにより
、他の特殊な手段や装置を用いることなくガス冷却では
限界に釆ていると云われている集電装層の能力を向上さ
せることができるのである。

尚以上の説明では剛子群を形成するにあたり、単に複数
個の刷子を複数個に分割せしめて平面上四角の刷子群を
形成するようにしたが、常にこのようにしなければなら
ないわけではなく、例えば第１０図に示すようにひし形
状に刷子群３ａ，３ｂ・・・を形成するようにしても同
様な効果が得られることは勿論である。

又夫々の榊子群はすべて同一個数であることが全体的な
温度の面から望ましいが、もし刷子の数の関係で同一個
数の刷子群の構成が難かしい場合には、第１１図に示す
ように刷子群のうち杏点検空間Ｇに隣接し、かつスリッ
プリングの回転方向に対向した刷子群３ａの刷子個数を
、他の刷子群より多少多くしても実験の結果では杏点検
空間の関係からほぼ同様な結果が得られた。

以上種々述べてきたように、本発明の集電装直によれば
、複数個の刷子を周方向に複数個の刷子群に分けるとと
もに、この吊り子群の周万向の隣接間隔を刷子群内の個
々の刷子の周方向の隣接間隔より大ならしめ、かつ前記
刷子群内の個々の刷子の周方向隣接間隔を」刷子を周方
向に平等に配置した場合の間隔より小さくなるようにな
したから、刷子情勤面の暖かいガスや刷子摩耗粉を除外
せしめることができ、特に特殊な冷却装置や他の装置を
用いることなく小形にして充分安定した大軍流の通電が
可能なこの種交流回転電機のガス冷却集電装層が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の集電装層の一実施例を示す縦断側面図
、第２図及び第５図は本発明の集電装道の一実施例を示
す縦断正面図、第３図はその平面図である。 第４図は従来の集電装層を示す縦断正面図、第６図及び
第７図は夫々従来及び本発明の集電装贋の刷子とスリッ
プリングの関係を展開して示す側面図、第８図は刷子の
位置と温度との関係を示す曲線図、第９図は刷子の振動
と電流の関係を示す曲線図、第１０図は本発明集電装鷹
の他の実施例を示す平面図、第１１図は同じく他の実施
例を示す縦断正面図である。２……スリップリング、３
……刷子、３ａ，３ｂ・・・・・・榊子群、５…・・・
回転軸、１１・・・・・・冷却ファン、１２・・・・・
・刷子保持器。 多’囚 笑２図 多４図 笑う図 多３図 多ｓ図 多７図 多８図 努？図 発ｌｏ図 穿ち ーー 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転軸上に電気的絶縁を介して固定されたスリツプ
   リングと、該スリツプリングの表面に所定の押圧力をも
   つて摺動可能に押圧され、かつ周方向に複数個並設され
   た刷子と、該刷子を保持する刷子保持器と、前記スリツ
   プリングと刷子の摺動部分を冷却ガスにて冷却する冷却
   装置とを備えた交流回転電機のガス冷却集電装置におい
   て、前記複数個の刷子を周方向に複数個の刷子群に分け
   るとともに、該刷子群の周方向の隣接間隔をその刷子群
   内の個々の刷子の周方向隣接間隔より大ならしめ、かつ
   前記刷子群内の個々の刷子の周方向隣接間隔を、刷子を
   周方向に平等に配置した場合の間隔より小さくなるよう
   にしたことを特徴とする交流回転電機のガス冷却集電装
   置。 ２ 前記夫々の刷子群を同一刷子個数より形成したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の交流回転電機
   のガス冷却集電装置。