(57)【要約】【課題】コレクタリングとコレクタリングを貫通する導体との電気的な接続／絶縁状態を常に良好に保つこと。【解決手段】回転電機の回転子部に配置されるコレクタリングを含むコレクタ構造であって、コレクタリング３と、回転子の回転軸方向と平行な軸方向を有し、コレクタリング３に一端を接続した、外周面を絶縁層化した導体５と、導体５が貫通する貫通孔部に、回転に伴う遠心力に対抗して導体５を定位置に保持する、弾性部材を用いた保持機構１１を設けたコレクタリング４′とを備える。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機の回転子部に配置されるコレクタリングを含むコレクタ構造であって、
第１のコレクタリングと、
前記回転子の回転軸方向と平行な軸方向を有し、前記第１のコレクタリングに一端を接続した、外周面を絶縁層化した導体と、
前記導体が貫通する貫通孔部に、前記回転子の回転に伴う遠心力に対抗して前記導体を定位置に保持する、弾性部材を用いた保持機構を設けた第２のコレクタリングと
を備えるコレクタ構造。
【請求項２】
前記保持機構は、前記弾性部材に導電性の波板バネを用い、当該波板バネを、前記導体との間に介在される絶縁性受け板と、導電性受け板とで挟持して構成する、請求項１記載のコレクタ構造。
【請求項３】
前記絶縁性受け板の前記導体との接触面側にフッ素樹脂加工を施した、請求項２記載のコレクタ構造。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれか記載のコレクタ構造を備える可変速揚水発電機。
【請求項５】
請求項１乃至３いずれか記載のコレクタ構造を備える水車発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、コレクタ構造、可変速揚水発電機及び水車発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機や大型の電動機などの回転電機において、シャフトに連結されたコレクタリングを介して、回転子コイルを励磁する構造を有するものがある。この種の回転電機では、コレクタリングと接するブラシ（刷子）をコレクタリングに摺動させており、その摺動により発生する摩耗粉を捕捉するために、例えば複数個のフィルタを設けた構成が考えられている（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭６３−１８７５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図３は、一般的な回転電機のコレクタ周囲の断面構成を例示する図である。同図において、回転子シャフト１の外周に、絶縁物２を介してコレクタリング３，４が設置される。さらに、このコレクタリング３に、コレクタリング４の内周側を貫通するようにした導体５の一端が設置される。導体５の外周面は、絶縁層により被覆されることで、導体５はコレクタリング４と絶縁される。
【０００５】
導体５は、回転電機の停止時、及び低速回転時で遠心力が小さい場合には、コレクタリング４の貫通孔内の周面と離間する一方で、回転電機が一定速度以上で回転している際には、その遠心力により変位してコレクタリング４の貫通孔内の外側周面と接触する。さらに、回転電機運転中の温度上昇によって、導体５とコレクタリング４の間では接触面での摺動が発生する。
【０００６】
このように、停止時には導体５がコレクタリング４が狭小な隙間を介して貫通された構成となっているため、その隙間に侵入したブラシの摩耗粉を除去することが困難となる。特に回転電機を運用する状況の如何によっては、摩耗粉を除去することができずに堆積が進み、導体５とコレクタリング３，４の周辺に付着することで、相間の短絡を引き起こす可能性も考えられる。
【０００７】
具体的な相間短絡の事象としては、例えばコレクタリング内を導通する導体５に摩耗粉が付着する影響によってトラッキングが発生して進展すること、導体５とコレクタリングとの内側接触面の接触が不安定化すること、などがあり得る。
【０００８】
本発明は前記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、コレクタリングとこのコレクタリングを貫通する導体との電気的な状態を常に良好に保つことが可能なコレクタ構造、可変速揚水発電機及び水車発電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態のコレクタ構造は、回転電機の回転子部に配置されるコレクタリングを含むコレクタ構造であって、第１のコレクタリングと、前記回転子の回転軸方向と平行な軸方向を有し、前記第１のコレクタリングに一端を接続した、外周面を絶縁層化した導体と、前記導体が貫通する貫通孔部に、前記回転子の回転に伴う遠心力に対抗して前記導体を定位置に保持する、弾性部材を用いた保持機構を設けた第２のコレクタリングとを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係るコレクタ周囲の断面構成を例示する図。
【図２】同実施形態に係る図１の範囲II部の詳細な構造を示す図。
【図３】従来のコレクタ周囲の断面構成を例示する図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。  
図１は、一実施形態に係るコレクタ周囲の断面構成を例示する図である。同図において、基本的な構成は前記図３に示した内容と同様であるため、同一部分には同一符号を付加してその説明を省略する。
【００１２】
コレクタリング４′の導体５貫通部における回転外周側に、導体５と当接するようにして、後述する弾性部材を内在した保持機構１１を設ける。なおこの図１において、記載が煩雑となるために、保持機構１１内の構成を意図して空白で示している。
【００１３】
図２は、前記図１の保持機構１１を含む図中の範囲IIを抽出し、具体的な構成を例示する図である。
ここで保持機構１１は、導体５とコレクタリング４′との間隙内で、絶縁性の受け板１２と、導電性の受け板１３とにより、弾性部材である導電性の波板バネ１４を挟持している。この波板バネ１４の弾性により、絶縁性の受け板１２を導体５に対して、導電性の受け板１３をコレクタリング４に対して、それぞれ当接して押圧するようにして前記保持機構１１が構成される。
【００１４】
前記導電性の波板バネ１４は、リップルスプリングとも称されるもので、波板形状の波高値、板厚、隣接する頂部間の間隔、及びバネ定数が定義されている。
【００１５】
なお前記図２では、説明上、波板バネ１４が図の上下縦方向（回転電機の回転軸方向）に沿ってその断面形状が波形を生じるものとして記載しているが、実際の構成上は、回転電機の回転の周（横）方向に沿って、あるいは斜め方向に沿って波形を生じるものとして設置される。
【００１６】
これにより、保持機構１１部での上下縦方向の空気の流れを確保し、保持機構１１内に侵入する回転電機のブラシ（不図示）の摩耗粉の清掃を容易にする。
【００１７】
また前記絶縁性の受け板１２の、導体５と当接される側の面には、例えばポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂加工による低摩擦係数の摺動面を形成し、導体５とコレクタリング４′の間の摩擦抵抗を小さいものとしておく。
【００１８】
前記のような構成にあって、当該回転電機の回転時には、その回転速度と導体５の半径位置及び質量に応じた遠心力が導体５にかかる。コレクタリング４′において導体５より外周側に隣接して位置する保持機構１１では、この導体５の遠心力による変位を波板バネ１４の弾性により受け止めて、導体５の変位を低減させる。
【００１９】
また回転電機を停止したメンテナンス時においては、例えば保持機構１１の上方から高圧のエアを暗射することで、波板バネ１４を含んで導空間内での通気が確保されていることから、保持機構１１内に付着、堆積しているブラシ（不図示）の摩耗粉を容易に除去することができる。
【００２０】
なお保持機構１１に備える弾性体としては、前記波板バネ１４に代えて、コレクタリング４′の径方向をその軸方向とするように配置したコイルバネなどを用いることも考えられるが、保持機構１１内での通気や高圧エアを用いた洗浄作業における摩耗粉の除去効率等を考えると、弾性体としての表面形状の点から波板バネ１４を用いた場合が最も適しているものと考えられる。
【００２１】
以上詳述した如く本実施形態によれば、コレクタリングとこのコレクタリングを貫通する導体との電気的な状態を常に良好に保つことが可能となる。
【００２２】
また前記実施形態では、前記絶縁性の受け板１２の、導体５と当接される側の面にフッ素樹脂加工による低摩擦係数の摺動面を形成するものとして説明した。このような摺動面を受け板１２に形成しておくことで、回転電機の運転中の温度上昇により、導体５とコレクタリング４′の間で発生する摺動の摩擦抵抗を十分に低減させることができる。
【００２３】
なお前記実施形態で示したコレクタ構造は、各種の回転電機において適用可能であるが、とりわけ、回転数を高速に調整することが必要な可変速揚水発電機に適用することで、導体５に高電圧値の交流電圧がかかるような場合でも、メンテナンスを容易にし、摩耗粉等での放電等が発生し易い状況を確実に回避して、安全に運転を継続できる。
【００２４】
こうした点は、前述した可変速揚水発電機のみならず、水車発電機等に適用した場合にも同様である。
【００２５】
その他、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。
【符号の説明】
【００２６】
１…回転子シャフト、２…絶縁物、３…コレクタリング、４，４′…コレクタリング、５…導体、１１…保持機構、１２…（絶縁性）受け板、１３…（導電性）受け板、１４…波板バネ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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