(57)【要約】回転変圧器は、回転変圧器に関する駆動モータ上に位置するコレクタ又はスリップリングから、駆動モータから最も離れて位置する回転子の端部巻線への回転変圧器の中空軸部を介して延出するバスダクト構体を備える。駆動モータから最も離間した回転子端部巻線上に回転子端部巻線を有するバスダクト接続のリードを位置することで、軸部の強度及び保全性は、駆動モータが供給するトルクによって減少することがない。更に、軸部は２つの結合された軸部から形成され、バスダクト構体は、対応する軸部のほぼ内側にそれぞれ位置する２つのＬ字形部を備える。バスダクト部は連結し、現場サービス中に、第１のすなわち上部の軸部を第２のすなわち下部の軸部から除去するのをより簡単にするバスダクト構体を完成する。
2005521373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸部と、    
前記回転軸部を駆動するために前記軸部に接続される駆動モータと、
前記回転軸部に接続される前記駆動モータの第１の側で前記回転軸部に接続する回転子を有し、前記駆動モータに対して軸方向に近接する第１の回転子端部巻線と前記駆動モータから軸方向に離間する第２の回転子端部巻線とを有する前記回転子の対向端部から軸方向に延出する回転子端部巻線を有する回転子構体と、
前記回転子を包囲する固定子構体と、
前記回転軸部に実装されるスリップリング構体と、
前記回転軸部内に実装され、前記スリップリング構体と前記駆動モータから離間した前記第２の回転子端部巻線との間で延出し、前記スリップリング構体を前記駆動モータから離間する前記第２の回転子端部巻線に電気的に連結するバスダクト構体とを具備する回転変圧器。
【請求項２】
前記バスダクト構体は、前記第２の回転子端部巻線と接続するために前記駆動モータから離間する前記第２の回転子端部巻線と軸方向に近接する前記軸部中の開口を介する前記同一面上で半径方向に延出する第１の端部リードを更に含む請求項１記載の回転変圧器。
【請求項３】
スリップリング構体は、前記第１の側に対向する前記軸部に接続される前記駆動モータの第２の側の回転軸部に実装され、前記バスダクトは前記軸部及び前記駆動モータの前記軸部への前記接続を介して延出する請求項１記載の回転変圧器。
【請求項４】
前記バスダクト構体は、前記スリップリング構体と接続するために前記駆動モータの前記第２の側で前記回転軸部内の開口を介して半径方向に延出する第２の端部リードを更に含む請求項３記載の回転変圧器。
【請求項５】
前記バスダクト構体は、絶縁バスダクトの３つの位相を備える請求項１記載の回転変圧器。
【請求項６】
前記バスダクトは、管形状を有する請求項５記載の回転変圧器。
【請求項７】
前記回転軸部は、前記軸部を形成するために共に結合する少なくとも第１及び第２の軸方向延出軸部を具備し、
前記スリップリング構体は、前記第１の軸部と接続され、
前記回転子は、前記第２の軸部と接続され、
前記バスダクト構体は、前記軸部のうちの１つにそれぞれ連結される前記第１及び第２の軸部内に実質的に軸方向に延出する第１及び第２のバスダクト部を含む請求項１記載の回転変圧器。
【請求項８】
前記第１及び第２のバスダクト部のうちの１つは、対応する軸部を超えて前記他の軸部に延出し、それによって前記バスダクト連結部は前記第１及び第２の軸部のうちの１つに位置決めされる請求項７記載の回転変圧器。
【請求項９】
前記第１及び第２のバスダクト部は、対応する第１および第２の端部リードが、前記対応する第１及び第２の軸部の出口孔の対応セットを介してそれぞれ実装されるＬ字形部である請求項８記載の回転変圧器。
【請求項１０】
前記軸部は、前記軸部に接続される前記駆動モータと組み合わされて共に連結される請求項７記載の回転変圧器。
【請求項１１】
前記軸部は、前記バスダクト連結部に軸方向に近接して共に結合される請求項７記載の回転変圧器。
【請求項１２】
前記バスダクト構体は、外部ハウジングによって包囲される内部バス導体を具備する請求項１記載の回転変圧器。
【請求項１３】
前記バスダクト構体は、前記第２の回転子端部巻線に接続するために前記駆動モータから離間する前記第２の回転子端部巻線に軸方向に近接する前記軸部内の開口を介して前記同一面上で半径方向に延出する第１の端部リードを更に含む請求項１２記載の回転変圧器システム。
【請求項１４】
前記スリップリング構体は前記第１の側に対向する前記軸部に接続される前記駆動モータの第２の側の前記回転軸部に実装され、前記バスダクトは前記軸部及び前記軸部に対する前記駆動モータの前記接続を介して延出する請求項１３記載の回転変圧器システム。
【請求項１５】
前記バスダクト構体は、前記スリップリング構体と接続するために前記駆動モータの前記第２の側の前記回転軸部内の開口を介して半径方向に延出する第２の端部リードを更に含む請求項１４記載の回転変圧器システム。
【請求項１６】
前記バスダクト構体は、絶縁バスダクトの３つの位相を具備する請求項１３記載の回転変圧器システム。
【請求項１７】
前記バスダクトは、管形状を有する請求項１６記載の回転変圧器システム。
【請求項１８】
前記回転軸部は、前記軸部を形成するために共に結合される少なくとも第１及び第２の軸方向延出軸部を具備し、
前記スリップリング構体は、前記第１の軸部に接続され、
前記回転子は、前記第２の軸部に接続され、
前記バスダクト構体は、前記軸部のうちの１つにそれぞれ連結される前記第１及び第２の軸部の実質的に内部に軸方向に延出する第１および第２のバスダクト部を含む請求項１３記載の回転変圧器システム。
【請求項１９】
前記第１及び第２のバスダクト部のうちの１つは、対応する軸部を超えて前記他の軸部へ延出し、それによって前記バスダクト連結部が前記第１及び第２の軸部のうちの１つに位置決めされる請求項１８記載の回転変圧器システム。
【請求項２０】
前記第１及び第２のバスダクト部は、対応する第１および第２の端部リードが、対応する第１又は第２の軸部において出口孔の対応するセットを介してそれぞれ実装されるＬ字形部である請求項１９記載の回転変圧器システム。
【請求項２１】
前記軸部は、前記軸部に接続される前記駆動モータと組み合わされて共に結合される請求項１８記載の回転変圧器システム。
【請求項２２】
前記軸部は、前記バスダクト連結部に軸方向に近接して共に結合される請求項１８記載の回転変圧器システム。
【請求項２３】
前記バスダクト構体は、外部ハウジングによって包囲される内部バス導体を具備する請求項１３記載の回転変圧器システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転変圧器の回転軸部内に実装されるバスダクト構体を備える高電力回転変圧器に関する。
【背景技術】
【０００２】
高電力回転変圧器は、１つの周波数の１つのパワーグリッド動作から、第２の周波数の第２のパワーグリッド動作へ電力を変圧するのに利用されている。特許文献１は、回転変圧器の回転軸部を指向する機械電力に起因する電力微分を回復させ且つ転送グリッドに適用するための電力回復システムを含む回転変圧器を開示する。
【０００３】
他の同様な回転変圧器構体は、特許文献２に開示される。この回転変圧器構体は、回転軸部の中心を通過して、回転変圧器の回転子を２つの電力システムのうちの１つに接続する絶縁バスダクトの３つの位相を利用する。２つの電力システムの間で、回転変圧器は、固定子を介する１つのシステムからわずかに異なる周波数で動作する他のシステムへ電力を変圧する。軸部構体は、バスダクトのリード端部が半径方向に１２０度ずつ離間するこの構体の最上部及び最下部に半径方向の孔を含む第１の上部軸部又は軸部品を有する。バスダクトリードは、コレクタリングと接続するために上部軸部の上部の出口孔を通過し、それによって、このバスダクトを第１のパワーグリッドシステムと接続する。同様の出口孔は、回転変圧器の回転子巻線に接続するために下部のバスダクトリードが半径方向に通過するこの上部軸部の最下部に位置決めされる。出口孔の両セットは、第１の上部軸部内に含まれる。第１の上部軸部の下に、第２の下部軸部が存在する。両軸部は結合フランジによって結合される。回転変圧器の回転子は下部軸部上で支持される。
【０００４】
電力回復システムは、バスダクトリードの２つのセット間の上部軸部に接続された駆動モータを含む。モータは、電力を回復するためにトルクを上部軸部に適用する。
【０００５】
回転軸部の上部軸部を通過するバスダクトを使用することは磁気遮断と軸部の加熱及びアーク発生の防止とに関する利点を有するが、このバスダクト構体がコレクタリングと回転子の上部端部巻線との間の上部軸部に完全に含まれることは理解されるであろう。その結果、駆動モータの定格トルクは、軸壁部を貫通する半径方向に延出するバスダクト出口孔の２つのセット間の第１の上部軸部の一部を通過する。軸部に接続される駆動モータは、出口孔の下部セットに非常に近接している。更に、この出口孔の下部セットは、同一面上において半径方向に位置決めされる。高電力アプリケーションに関して、バスダクトが位相毎に約１５インチの直径を必要とし、軸部が約５４インチの直径を有することも理解されるであろう。これによって、駆動モータから回転変圧器の回転子へ安全にトルクを伝達するために出口孔が切断される軸壁部内は不十分な材料のままとなる。これらの孔は、非常に高価な輸入鋼で補償されるべき駆動モータのトルクを与える運動が適用される軸部内に膨大な応力集中を生成する。鋼軸部は、軸部内の応力集中に対抗してトルクの伝達に必要な強度を提供するために、比較的十分な厚さを必要とする。そのため、例えば、軸壁部の厚さを最大３インチ分増加しても良い。これらの上部軸部への変形例は、駆動モータの短絡又は他の短絡状態中に損壊され、弱体化され、破壊される軸部を補償するために必要である。
【特許文献１】特開平１１−２２５４３９号公報
【特許文献２】米国特許６，４６９，４１４号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、回転子変圧器の駆動モータに隣接する軸部構造を著しく弱体化しない回転変圧器で使用するためのバスダクト構体に関し、そのため、著しく増加された壁部の厚さの輸入鋼を使用する必要は全く又はほぼ無くなる。
【０００７】
本発明は、バスダクトが軸方向に延出する軸部又は任意の密閉構造内に簡単に実装されても良いバスダクト構体に関する。
【０００８】
本発明は、バスダクトが回転変圧器の中空軸部を通過して、回転変圧器に関する駆動モータ上に位置決めされたコレクタリングから、駆動モータより最も離れて位置する回転子の端部巻線へ延出する軸部及びバスダクト構体を有する回転変圧器に関する。回転変圧器の回転子の下に位置決めされたバスダクトに対して下部出口開口を有することによって、接続された駆動モータに隣接する軸部の強度は、バスダクト出口孔によって妥協されない。
【０００９】
また、軸部の軸に対して軸方向に且つ平行に延出し、連結される各部のＬ字形のより長い脚部を有する対応軸部において、各リードが出口孔の対応するセットを介してそれぞれ実装される２つのＬ字形部から形成されるバスダクト構体を供給することも、本発明の範囲に含まれる。連結するバスダクトを有することによって、バスダクト構体のプラグが抜かれるため、現場サービス中に上部軸部を除去することが簡単になる。更に、共に結合される軸部内で２つのバスダクト部を使用することにより、対応する軸部内の各バスダクト部の構体が単純化される。バスダクト構体を有する他の利点は、バスダクトと回転変圧器回転子の巻線との間のフレキシブル接続が、上部軸部の除去に先立って切断されることを必要としないことである。その代わりに、バスダクトと回転子巻線との電気接続は、バスダクト部の切断によって自動的に達成される。バスダクト及び回転子間におけるフレキシブル接続と回転変圧器上の回転子下の全接続とは、上部軸部が除去される場合、接続状態を継続することが可能である。これは、現場サービスに関する特徴を保存するために有意な時間である。
【００１０】
軸部結合及びバスダクトプラグは、視覚的製造に関して且つサイトサービス検査において軸部の軸に沿って相互に近接して位置決めされることが好ましい。
【００１１】
１つの面において、本発明は、第１のグリッドと第２のグリッドの間で電力を供給するための回転変圧器システムに関する。第１のグリッドは、第１の電力ワット数及び第１の電気周波数で動作し、第２のグリッドは、第２の電気周波数で動作する。システムは、回転軸部、駆動モータ、回転子構体、固定子構体、スリップリング構体及びバスダクト構体を備える。駆動モータは回転軸部に接続されて、第１及び第２のグリッドの電力消費に比例して軸部を駆動する。回転子構体は、回転軸部に接続される駆動モータの第１の側で回転軸部に接続する回転子を有する。回転子構体は、駆動モータに隣接して軸方向に位置する第１の回転子端部巻線を有し、駆動モータから離れて軸方向に位置する第２の回転子端部巻線を有する回転子の対向する端部から軸方向に延出する回転子端部巻線を有する。固定子構体は、回転子を包囲し、第２のグリッドと電気的に接続される固定子巻線を有する。スリップリング構体は回転軸部に実装され、第１のグリッドに電気的に接続される。バスダクト構体は、回転軸部内に実装され、スリップリング構体と駆動モータから離れて位置決めされる第２の回転子端部巻線との間で延出され、スリップリング構体を駆動モータから離れて位置決めされた第２の回転子端部巻線に電気的に連結する。
【００１２】
本発明の好ましい面において、回転変圧器システムは、軸部を形成するために相互に結合される少なくとも第１と第２の軸方向延出部を備える回転軸部を有する。スリップリング構体は第１の軸部に結合される。回転子は第２の軸部に接続される。バスダクト構体は、ほぼ第１及び第２の軸部内に軸方向に延出する第１及び第２のバスダクト部を含む。第１及び第２のバスダクト部は軸部のうちの１つの内部にそれぞれ連結される。
【００１３】
第１及び第２のバスダクト部のうちの１つは、対応する軸部を超えて他の軸部へ延出し、それによってプラグ構体が第１及び第２の軸部のうちの１つに位置決めされることが好ましい。第１及び第２のバスダクト部は、対応する第１及び第２の軸部内において、出口孔の対応するセットを介して対応する第１及び第２の端部リードがそれぞれ実装されるＬ字形部である。軸部結合及びバスダクト連結は、相互に軸方向に近接した場所に位置決めされる。
【００１４】
本発明の特徴及び目的をより良く理解するために、文献は添付の図面に具備されても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１に従って、回転子構体２２及び固定子２４の双方を含む回転変圧器２０が示される。回転子構体２２は、回転子コア部２６、第１及び第２の回転子端部巻線１２、１４、スリップリング又はコレクタリング４０及び回転軸部２８を含む。回転子構体２２は、時計回り方向及び反時計回り方向の双方で回転軸部２８の垂直軸Ｖの周囲を回転可能である。回転子構体２２の回転は、駆動モータ３０によって影響される。好ましい実施例は垂直に置かれた回転変圧器を示すが、回転変圧器の向きが水平軸等の他の軸に沿っても良いことは理解されるであろう。
【００１６】
回転変圧器２０は、他の電圧及び電流の高圧且つ高電流の環境である。回転変圧器システム２０は、（第１の電気グリッド等の）第１の電気系統と（第２の電気グリッド等の）第２の電気系統との間に電力を供給するために接続される。第１の電気グリッドは第１の電力及び第１の周波数で動作し、第２の電気グリッドは第２の周波数で動作する。
【００１７】
この環境において、回転構体２２は第１の電気系統２９のバスダクト２７の３本の位相線によって接続され、固定子巻線２５は第２の電気系統３３のバスダクト３１に接続される。バスダクト３１への固定子巻線２５の１つの接続のみが、簡単化のために図示される。第１及び第２の電気系統２９、３３が、バスダクト２７、３３それぞれの端部として図示されることは理解されるであろう。回転変圧器２０の環境において、電気グリッド２９、３３が構築構造５４におけるバスダクト２７、３１の継続部であることは理解されるであろう。更に、バスダクト３１は垂直方向に離間して図示されるが、これらのバスダクト３１は水平方向に離間しても良い。
【００１８】
駆動モータ３０は、図示しない制御システムによって発生された駆動信号に応じて回転子構体２２を回転させる。第１及び第２の電気系統２９、３３は、周波数又は位相等の異なる電気特性を有しても良い。制御システムは双方向に動作可能であり、第１の電気系統から第２の電気系統へ（又は第２の電気系統から第１の電気系統へ）電力を供給するために様々な速度で回転転送システムを回転させる。
【００１９】
図１において、コレクタシステムは回転子構体２２の最上部に位置決めされ、スリップリング４０、スリップリング４０を支持する絶縁体４２及びブラシを支持するブラシリギング構体４４を備える。コレクタシステムは、各位相に対して１つずつ、３つのスリップリング４０を備える。３つの対応するブラシリギング構体４４が存在する。第１の電気系統２９のバスダクトから導く３本の位相線は、回転子構体２２のコレクタシステムの各構体４４にそれぞれ接続される。他の３つの位相線３１は、他の電気系統３３及び固定子巻線２５に接続される。図示されたスリップリング４０は、１７ｋＶの定格とする。
【００２０】
回転変圧器２０は、熱絶縁ハウジング５０に包囲される。ハウジング５０は、通常、構築体５４内に存在する。軸Ｖに対応する図１の中心線は、回転変圧器システム２０の右側のみが図１に示されることを表す。構造の一部のみが図示され、図示された部分の鏡像が軸Ｖの左に延出することは理解されるであろう。
【００２１】
３つの位相面のスリップリング４０は、バス導体８０によって回転子構体２２の各巻線にそれぞれ電気的に接続される。各バス導体８０は、回転軸部２８の内部で形成された３つの位相絶縁バスダクト８２を介してそれぞれ延出する。図３に従って、バスダクト８２は、相互の間に提供されるエアバッファ１４６を有する（例えば、バスダクト８２は物理的に接触しておらず、空気を介して離間される）。図示された実施例においてバス導体８０は管形状であるが（箱形等の）他の形状も利用することができる。ディスク絶縁体８３（図４Ｂ）は、各バスダクト８２の開口１６０の数インチ内側に位置され、対応するバス導体８０の周囲に当てはめられてバスシステムを密閉するため、例えば、空気はバスシステムを通過しない（図４Ｂ参照）。
【００２２】
図４Ａ及び図４Ｂに示す通り、スリップリング４０の内部チャネル１３９は、スリップリング４０をブリッジするために形成された導電性プレート１５０を有する。導電性プレート１５０は、スリップリング４０から回転軸部２８へ半径方向に内部に向かって延出する筒形状の導電性延長部１５２を有する。フレキシブルコネクタ１５４によって、各位相面に対するバス導体８０の第１の端部は延長部１５２、更に導電性プレート１５０及びスリップリング４０に固定される。各位相面に関するバス導体８０の第２の端部は、各位相に関する回転子構体２２上の回転子巻線に接続される。
【００２３】
これらフレキシブルコネクタ１５４への付属物から、各バス導体８０は、半径方向に回転軸部２８へ延出し、各３つの位相の絶縁バスダクト８２の開口１６０に進入する。開口１６０への進入後、バス導体８０は、各バスダクト８２の第１の半径方向のセグメントを介して（回転軸部２８の内部に応じて）半径方向に短距離分移動し、実質的に９０度湾曲してバスダクト８２の軸状セグメントを介して移動する。図２を参照して分かる通り、バス導体８０は、その後、再度湾曲して、バス導体８０が環形部１６２を介して出現するバスダクト８２の第２の半径方向のセグメントとなる。
【００２４】
図４Ａ及び図４Ｂから更に理解される通り、各バスダクト８２の開口１６０及び環形部１６２は、カバープレート１６４を貫通して延出する。カバープレート１６４は、絶縁スペーサ１６７を介して留め具１６６によって固定され、回転軸部２８の周囲の多少上部に保持され、それによって、カバープレート１６４を回転軸部２８から絶縁する。
【００２５】
前述から理解される通り、各位相導体８０は、バスダクト８２等の、それ自体が接地された金属密閉装置内に存在する。絶縁された位相バスは、いかなる障害又は電気的故障、あるいは弧絡も最初に発生することで、相間障害となる前に接地することを保証する。ほとんどのシステムと同様に、接地障害電流は制限され、損害は最小化される。
【００２６】
本発明における改良点は、図１及び図２、特にバスダクト構体１００を参照して最も良く説明されている。図１において、回転子構体２２は、回転軸部２８に接続された駆動モータ３０の第１の側１０２において回転軸部２８に接続される回転子２６を有する。回転子構体は、駆動モータ３０に隣接して軸方向に位置決めされる第１の回転子端部巻線１２と、更に、駆動モータ３０から離間して軸方向に位置決めされる第２の回転子端部巻線１４とを有する回転子２２の対向端部から軸方向に延出する回転子端部巻線１２、１４を有する。スリップリング構体４０は、軸部２８に接続された駆動モータ３０の第２の側１０４で回転軸部２８に実装され、この第２の側は、第１の側１０２に対向する。
【００２７】
上述の通り、バスダクト構体１００は、回転軸部２８内に実装され、スリップリング構体４０と第２の回転子端部巻線１４の間の軸部２８に沿って軸方向に延出し、駆動モータ３０から離間して位置決めされた第２の回転子端部巻線１４にスリップリング構体４０を電気的に連結する。回転子端部巻線１４へのバスダクト８０の接続は、支持部１８０を介する。このように巻線１４を接続することにより、バスダクト８０が延出する距離が増加する。このとき、バスダクト８０は、上部軸部１２８及び下部の軸部２２８の双方を介して延出する。軸部２８を同一平面上で貫通する３つの出口開口１６０は、回転子巻線１４に隣接し、且つ軸部２８に接続された駆動モータ３０から離間する。１つのバスダクト８２及び出口開口１６０のみが図１に示されることは理解されるであろう。また、図３に最も良く示される通り、この実施例では、３つの出口開口１６０が、好ましくは半径方向に１２０度ずつ離間して軸部２８を通過する同一平面上に位置することは理解されるであろう。このため、これら３つの下部出口開口１６０は、モータ結合部３５に隣接する軸部２８のトルク移送部内には位置しない。言い換えると、開口１６０（図２）に関連する軸部２８の下部出口開口（図１）は、比較的応力の少ない領域である。
【００２８】
下部回転子端部巻線１４への開口１６０を介するバスダクト８０の改良された機械的応力の少ない接続により、バスダクト８０の軸方向長さは増加する。軸部２８及びバスダクト８０の増加された長さの製造及び現場サービスをより良く適応させるために、軸部２８は、上部軸部１２８及び下部軸部２２８の構体を備える。上部軸部１２８は、駆動モータ３０のトルクに関して軸部結合３５と組み合わせられる下部軸部２２８に結合される。更に、バスダクト８０は、２つの対応部分１１０、１２０（図２を参照）の構体１００を備える。バスダクト部１１０、１２０は、対応する軸部１２８、２２８の内部に実質的に延出する。バスダクト部１１０、１２０は、通常４００で示される連結構体によって結合される。この連結構体は、バスダクト８２の内側導体８０の周囲に延出して２つのバスダクト部を連結するタブ又は一連のばね式触手部を含む任意の適合プラグ式連結部を具備しても良い。バスダクト結合構体４００のより詳細な説明に関しては、文献は、本願と同一の譲受人に同時に譲受された米国特許６，６７７，５３２であっても良い。
【００２９】
本発明の他の実施例が、本発明の好ましい実施例に関する上述の観点において当業者にとって容易に明らかであっても良いことは理解されるであろう。従って、本発明の範囲は好ましい実施例の教示に制限されず、後述する特許請求の範囲に規定される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例に従った例示的回転変圧器システムの側断面図。
【図２】図１の回転変圧器システムの軸部構体の側断面図。
【図３】図１の回転変圧器システムの上断面図。
【図４Ａ】バス導体とそれに対応する３つの位相絶縁バスダクトとを示す図１の回転変圧器システムの部分断面図。
【図４Ｂ】図４Ａの４Ｂ-４Ｂ線矢視断面図。
【符号の説明】
【００３１】
１２…第１の回転子端部巻線、１４…第２の回転子端部巻線、２２…回転子構体、２４…回転子、２８…回転軸部、３０…駆動モータ、４０…スリップリング、１００…バスダクト構体
【図１】
2005521373.tif 000003
【図２】
2005521373.tif 000004
【図３】
2005521373.tif 000005
【図４Ａ】
2005521373.tif 000006
【図４Ｂ】
2005521373.tif 000007
【国際調査報告】
2005521373.tif 000008
2005521373.tif 000009
2005521373.tif 000010