(57)【要約】      （修正有）【課題】発電機回転子の主リード線のための支持装置を実現する。【解決手段】Ｌ字形の断面形状を有する本体部であって、第１の部分２１０と、第１の部分２１０に実質的に垂直な第２の部分２３０とを有し、前記第１の部分２１０は前記発電機回転子のセンタリングリングとインターフェースするためのアーチ形の第１の表面２１４および前記発電機回転子の回転子シャフトに実質的に平行になるように適合されたアーチ形の第２の表面２１６を備える、Ｌ字形の断面形状を有する本体部と、第１の部分２１０のアーチ形の第１の表面２１４にそって延在し、第２の部分２３０を貫通する主リード線通路２２０と備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機回転子（４００）であって、
内部導電性ボア（３２２）を備える回転子シャフト（３１２）と、
前記導電性ボアに電気的に接続されている主端子（３２４）と、
複数のコイル端部ストラップ（３３２）を含む、複数の回転子コイル巻線（３３０）と、
前記複数のコイル巻線（３３０）に隣接するセンタリングリング（３１６）と、
主リード線（３２８）を支持するための、前記センタリングリング（３１６）に取り付けられている支持装置（３００）とを備え、前記支持装置（３００）は
Ｌ字形の断面形状を有する本体部であって、
第１の部分（２１０）と、
前記第１の部分（２１０）に実質的に垂直な第２の部分（２３０）とを有し、
前記第１の部分（２１０）は前記発電機回転子（４００）のセンタリングリング（３１６）とインターフェースするためのアーチ形の第１の表面（２１４）および前記発電機回転子（４００）の回転子シャフト（３１２）に実質的に平行になるように適合されたアーチ形の第２の表面（２１６）を備える、Ｌ字形の断面形状を有する本体部と、
前記第１の部分（２１０）の前記アーチ形の第１の表面（２１４）にそって延在し、前記第２の部分（２３０）を貫通する主リード線通路（３２０）と、
前記主端子（３２４）から、前記支持装置（３００）の前記主リード線通路（２２０）を通り、前記複数の回転子コイル巻線（３３０）にそって進み、前記複数のコイル端部ストラップ（３３２）のうちの少なくとも１つのコイル端部ストラップに到達する形で延在する主リード線（３２８）とを備える発電機回転子（４００）。
【請求項２】
前記複数のコイル端部ストラップ（３３２）のうちの少なくとも２つのコイル端部ストラップに取り付けられている少なくとも１つのコイル間コネクタ（３３４）を
さらに備える請求項１記載の発電機回転子（４００）。
【請求項３】
前記主リード線（３２８）を取り付けるための、前記少なくとも１つのコイル間コネクタ（３３４）に取り付けられている少なくとも１つの取付デバイス（５００）をさらに備え、
前記主リード線（３２８）は、前記少なくとも１つの取付デバイス（５００）を通る
請求項２記載の発電機回転子（４００）。
【請求項４】
前記少なくとも１つの取付デバイス（５００）と前記主リード線（３２８）との間に絶縁層を
さらに備える請求項３記載の発電機回転子（４００）。
【請求項５】
前記支持装置（３００）の前記第１の部分（２１０）と前記第２の部分（２３０）の両方が、非金属製である請求項１記載の発電機回転子（４００）。
【請求項６】
前記第１の部分（２１０）と前記第２の部分（２３０）のそれぞれは、独立して、ナイロン、ポリエチレン、ゴム、セラミック、およびガラスからなる群から選択された少なくとも１つの材料を含む請求項５記載の発電機回転子（４００）。
【請求項７】
前記支持装置（３００）の少なくとも前記第１の部分（２１０）は、鋼鉄、真鍮、銅、アルミニウム、チタン、およびこれらの合金からなる群から選択された少なくとも１つの金属材料を含み、
前記支持装置（３００）は、
前記主リード線通路（２２０）内の第１の絶縁層（２２２）と、
前記アーチ形の第２の表面（２１６）にそって配置されている第２の絶縁層（２１８）とをさらに備える請求項１記載の発電機回転子（４００）。
【請求項８】
前記Ｌ字形の断面形状を有する本体部は、
前記第１の部分（２１０）の前記アーチ形の第１の表面（２１４）、前記第１の部分の前記アーチ形の第２の表面（２１６）、および前記第２の部分（２３０）の終点となる少なくとも１つのエッジ（２４４）をさらに備える請求項１記載の発電機回転子（４００）。
【請求項９】
前記Ｌ字形の断面形状を有する本体部は、
前記第２の部分（２３０）を貫通する少なくとも１つの締結具孔（２４０、２４２）をさらに備える請求項１記載の発電機回転子（４００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般的に発電機回転子内のリード線経路構成に関するものであり、より具体的には、主リード線のための支持装置およびそのような支持装置を組み込んだ発電機回転子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発電機回転子は、少なくとも一部は環状固定子によって囲まれている軸上の回転子を備える。回転子が回転すると、固定子内の導電性コイル巻線内に電流が発生する。導電性のリード線経路が、励起子から、コイル巻線内に入り、そして戻るループを形成する。しかし、長時間動作させると、物理的応力のため、リード線経路の部分的または完全な切断が生じる可能性がある。その結果、リード線経路の導電性の品質が低下し、付近の導電性材料への電流が喪失し、および／または結果として電気アークが発生しうる。アーク発生および他の導電性材料への電流の喪失により、発電機回転子または他の発電機コンポーネントを溶融するか、または他の何らかの形で損傷する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７２４７９６６号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態では、本発明は発電機回転子の主リード線のための支持装置を実現し、この支持装置は、Ｌ字形の断面形状を有する本体部であって、第１の部分と、第１の部分に実質的に垂直な第２の部分とを有し、第１の部分は発電機回転子のセンタリングリングとインターフェースするためのアーチ形の第１の表面および発電機回転子の回転子シャフトに実質的に平行になるように適合されたアーチ形の第２の表面を備える、本体部と、第１の部分のアーチ形の第１の表面にそって延在し、第２の部分を貫通する主リード線通路とを備える。
【０００５】
別の実施形態では、本発明は、内部導電性ボアを備える回転子シャフトと、導電性ボアに電気的に接続されている主端子と、複数のコイル端部ストラップを含む、複数の回転子コイル巻線と、複数のコイル巻線に隣接するセンタリングリングと、主リード線を支持するための、センタリングリングに取り付けられている支持装置とを備える発電機回転子を構成し、この支持装置はＬ字形の断面形状を有する本体部であって、第１の部分と、第１の部分に実質的に垂直な第２の部分とを有し、第１の部分は発電機回転子のセンタリングリングとインターフェースするためのアーチ形の第１の表面および発電機回転子の回転子シャフトに実質的に平行になるように適合されたアーチ形の第２の表面を備える、本体部と、第１の部分のアーチ形の第１の表面にそって延在し、第２の部分を貫通する主リード線通路と、主端子から、支持装置の主リード線通路を通り、複数の回転子コイル巻線にそって進み、複数のコイル端部ストラップのうちの少なくとも１つのコイル端部ストラップに到達する形で延在する主リード線とを備える。
【０００６】
さらに別の実施形態では、本発明は、内部導電性ボアを備える回転子シャフトと、導電性ボアに電気的に接続されている主端子と、複数のコイル端部ストラップを含む、複数の回転子コイル巻線と、細長い、軸方向に向き付けられた溝を備える非金属製支持溝と、細長い、軸方向に向き付けられた溝から複数のコイル端部ストラップのうちの２つのコイル端部ストラップの間のある位置まで延在する少なくとも１つの突起部とを備える発電機回転子と、主端子から、非金属製支持溝の細長い軸方向に向き付けられた溝を通り、複数のコイル端部ストラップのうちの少なくとも１つのコイル端部ストラップに到達する形で延在する主リード線とを構成する。
【０００７】
本発明のこれらの特徴および他の特徴は、本発明のさまざまな実施形態を表している添付図面に関して取りあげた本発明のさまざまな態様の以下の詳細な説明から容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】典型的な空冷式発電機回転子のリード線経路の側断面図である。
【図２】典型的な液冷式発電機回転子のリード線経路の側断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による主リード線支持装置の斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態による主リード線支持装置の側面図である。
【図５】本発明の一実施形態による、図３および４の主リード線支持材を含む発電機回転子のリード線経路の側断面図である。
【図６】本発明の一実施形態によるリード線経路の一部にそって主リード線を取り付けるための取付装置の斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態によるリード線経路の一部にそって主リード線を取り付けるための取付装置の斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態による発電機回転子のリード線経路の側断面図である。
【図９】本発明の一実施形態による非金属製支持溝の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
発明の図面は縮尺通りでないことに留意されたい。これらの図面は、本発明の典型的な態様のみを示すことが意図されており、したがって、これらの図面は、本発明の範囲を制限するとみなすべきでない。図面中、類似の番号は図面間の類似の要素を表している。
【００１０】
そこで、図面を参照すると、図１は、回転子本体部１０および回転子シャフト１２を備える知られている空冷式発電機１００内のリード線経路２０の側断面図を示している。
【００１１】
ボア銅２２（つまり、回転子シャフト１２の内部ボアにそって置かれている導電性材料）は、回転子シャフト１２を通って軸方向に延在し、主端子２４は、半径方向に延在し回転子コイル巻線３０に届く。主端子２４が回転子コイル巻線３０と電気的に接続されている場合、一般に雁首形部材２６が使用される。発電機１００の他のコンポーネントとして、リテーニングリング１４、センタリングリング１６、およびファン取付具４０が挙げられる。回転子コイル巻線３０は、複数のコイル端部ストラップ３２を備える。コイル間コネクタ３４、３６は、隣接するコイル同士を、コイル端部ストラップ３２の、それぞれ、底部と頂部のところで交互に接続し、回路を完成する。図１に示されているようなリード線経路構成を持つ発電機は、雁首形部材２６の領域内でリード線経路の不具合を起こすことが多い。
【００１２】
図１および以下で説明されている類似の図は、本発明のさまざまな実施形態の説明に対する関連度が最も高い発電機の部分のみを示していることに留意されたい。回転子本体部１０および回転子シャフト１２は、例えば、当業者には明らかなように、ボア銅２２の下に延在し、両方ともページの中へ入り、そして出る形をとっている。
【００１３】
図２は、知られている液冷式発電機２００内のリード線経路１２０の側断面図を示している。主端子１２４は、ボア銅１２２から半径方向に延在する。主リード線１２８は、主端子１２４から延在する。図２に示されているようなリード線経路構成は、典型的には、主リード線１２８を回転子本体部１１０にそった位置に保持するために１つまたは複数のリードウェッジ１５０を必要とする。いくつかの構成では、回転子本体部１１０に溝を切り、その中に主リード線１２８が入るようにする。Ｊ字形ストラップ１２６で回転子コイル巻線１３０との接続を行うが、そこは、リード線経路に不具合が生じる位置であることが多い。
【００１４】
以下でさらに詳しく説明するように、説明されている発明のいくつかの実施形態を実施する際に実現されうる利点として、主リード線を入れる溝を形成するために別途溝切り作業が不要になり、リードウェッジが不要になるという点が挙げられる。これらの付加的なステップおよびコンポーネントを使わなくて済むため、コストが低減され、本発明のさまざまな実施形態が組み込まれる発電機の製造、組み立て、およびメンテナンスが簡素化されうる。
【００１５】
図３は、本発明の一実施形態による、リード線経路の一部にそって主リード線を支持するための支持装置３００の斜視図を示している。支持装置３００は、第１の本体部２１０および第１の本体部に実質的に垂直になるように配置構成されている第２の本体部２３０を備え、これらは「Ｌ」字形状の断面を形成する。第１の本体部２１０は、第１の面２１２、第１の面２１２に実質的に垂直な第１のアーチ形頂面２１４、および第１の面２１２に実質的に垂直であり、第１のアーチ形頂面２１４に実質的に平行なアーチ形底面２１６を備える。第１の本体部２１０は、厚さＴを有する。
【００１６】
本明細書において使用されているように、「頂（部、面）」および「底（部、面）」という語は、示されている図内の相対的位置を単に指し示すことが意図されている。例えば、支持装置３００を反転すると、第１のアーチ形頂面２１４がアーチ形底面２１６の下に来ることになる。
【００１７】
第２の本体部２３０は、第１の面２１２に実質的に平行であり、第１のアーチ形頂面２１４の深さＤだけそこから隔てられている第２の面２３２を備える。第２のアーチ形頂面２３４は、第１のアーチ形頂面２１４に実質的に平行に置かれ、そこから第２の本体部２３０の高さＨだけ隔てられている。支持装置３００の高さは、高さＨと厚さＴとを含む。支持装置３００は、第１の面２１２、第１のアーチ形頂面２１４、アーチ形底面２１６、第２の面２３２、および第２のアーチ形頂面２３４の終点であるエッジ２４４を備える（第２の、類似のエッジ２４６は、図４に示され、以下で説明されている。）。
【００１８】
主リード線通路２２０は、第１の面２１２から、第１の本体部２１０を通り、第２の本体部２３０内の開口部（以下の図４に示されている）に達する形で延在し、第１のアーチ形頂面２１４から第１の本体部２１０内に入り、厚さＴより小さい深さに達する形で延在する。つまり、主リード線通路２２０は、主リード線が通り、支持装置３００によって支持されうる空隙を形成する。
【００１９】
図３では、支持装置３００は、以下でさらに詳しく説明するように、支持装置３００を発電機回転子のセンタリングリングに取り付けるために使用することができる締結具孔２４０、２４２をさらに備えるように示されている。締結具としては、例えば、ボルト、リベット、およびネジが挙げられる。他の締結デバイスおよびメカニズムも、同様に使用することができ、当業者には明らかなように本明細書の範囲内にある。同様に、支持装置３００は、２つの締結具孔２４０、２４２を備えるように図３に示されているが、本発明の他の実施形態では、さらに多くの、または少ない、締結具孔または類似の締結／結合デバイスおよびメカニズムが使用される場合がある。
【００２０】
図４は、第１の本体部２１０が隠され、波線で示されている第２の本体部２３０に面して見たときの支持装置３００の側面図を示している。いくつかの実施形態では、第１の本体部２１０と第２の本体部２３０は両方とも非金属製である。第１の本体部２１０、第２の本体部２３０、またはその両方に備えるのに適している非金属製材料としては、例えば、ナイロン、ポリエチレン、ゴム、セラミック、およびガラスが挙げられる。他の好適な材料は、当業者には明らかであり、本発明の範囲内にある。
【００２１】
他の実施形態では、第１の本体部２１０、第２の本体部２３０、またはその両方が、金属材料を含むことができる。好適な金属材料として、例えば、鋼鉄、真鍮、銅、アルミニウム、チタン、およびこれらの合金が挙げられる。他の金属材料も、当業者であれば理解するように、本発明の範囲内に含まれる。金属材料が第１の本体部２１０および／または第２の本体部２３０に含まれる実施形態では、絶縁層２２２を主リード線通路２２０内に備えるとよい。
【００２２】
図４では、類似の絶縁層２１８をアーチ形底面２１６にそって備えることができる。絶縁層２１８、２２２で使用するのに適している絶縁材料として、例えば、セラミックおよびエポキシガラスなどのガラスが挙げられる。他の絶縁材料も、当業者であれば理解するように、使用することができ、本発明の範囲内にある。
【００２３】
図５は、本発明の一実施形態による発電機回転子４００のリード線経路の側断面図を示している。支持装置３００は、センタリングリング３１６に取り付けられているように示されている。主リード線３２８は、主端子３２４から出て、支持装置３００を通り（つまり、主リード線通路２２０を通り（図３〜４））、回転子コイル巻線３３０にそって配設されている。主リード線３２８は、コイル間コネクタ３３４に取り付けられている複数の取付デバイス５００によって回転子コイル巻線３３０にそって支持されうる。
【００２４】
図５に示されている本発明の実施形態を実施するうえで、いくつかの利点を実現することができる。図２に示されているようなリード線経路構成に典型的な溝切りおよびリードウェッジは、不要になる。他の構成に典型的な雁首形部材（図１の２６）も同様に不要になる。リード線経路３２０の主端子３２４および他のコンポーネントの整備保守は比較的に容易であり、発電機回転子のコンポーネントの分解が比較的少なくて済むか、または全く不要である。主端子３２４をファン取付具３４０に近づける位置決めによって、主端子３２４の冷却は他のリード線経路構成よりも高まる。
【００２５】
図５に示されているリード線経路構成および本発明の他の実施形態による類似の構成が、空冷式発電機回転子および液冷式発電機回転子の両方において使用するのに適していることは意義深い。つまり、単一のリード線経路構成を、発電機回転子の負荷の要件に応じてスケーリングすることができるということである。図１および２に示されているように、空冷式発電機回転子と液冷式発電機回転子において著しく異なるリード線経路構成が現在使用されている。
【００２６】
図６は、図５の取付デバイス５００の斜視図を示している。図６の実施形態では、取付デバイス５００は、第１の本体部材４１０および第２の本体部材４２０を備え、これらは一対の締結具４３０、４３２によって固定されまとめられうる。使用時に、第１の本体部部材４１０は、典型的には、コイル間コネクタ（図５の３３４）とコイル間コネクタの下に位置決めされた主リード線（図５の３２８）の上に配置され、両方とも、第２の本体部材４２０によって下から固定される。いくつかの実施形態では、コイル間コネクタおよび主リード線は、上述のように、絶縁層２１８、２２２（図４）で使用されうるように、絶縁材料によって隔てられている。
【００２７】
図７は、本体部５１０が一体であり、単一の締結具５３０によって固定されている取付デバイス６００の別の実施形態を示している。取付デバイス６００の使用は、図６の実施形態に関して上で説明されているものと類似している。
【００２８】
図８は、本発明の別の実施形態によるリード線経路６２０を有する発電機回転子７００の側断面図を示している。図８では、主リード線６２８が、回転子コイル巻線６３０の下の非金属製支持溝９００内に封入されている。支持溝９００は、細長い、軸方向に向き付けられた溝８１０と複数の突起部８２０、８２２、８３０、８３２を備える。いくつかの突起部８２０、８２２が、溝８１０から上方に（つまり、回転子本体部６１０から離れる方向に）延在し、隣接するコイル間コネクタ６３４および／または隣接するコイル端部ストラップ６３２の間に配置され、これにより、非軸方向における支持溝９００と主リード線６２８の移動を制約する。主リード線６２８および／または回転子コイル巻線６３０の移動を許すようにするために、突起部８２０、８２２の幅は、好ましくは、交互配置のコイル間コネクタ６３４に隣接するコイル端部ストラップ６３２の間のスペースより小さい。いくつかの実施形態では、主リード線６２８が非軸方向に移動するのを防ぐか、または低減するために、図６および７に示されているような１つまたは複数の取付デバイスを使用して、溝８１０をコイル間コネクタ６３４に固定するものとしてよい。
【００２９】
他の突起部８３０、８３２は、溝８１０から下方に（つまり、回転子本体部６１０に向かう方向に）延在し、回転子本体部６１０にそって、またはそれに隣接する形で配置され、これにより、回転子本体部６１０の方への支持溝９００および主リード線６２８の移動を制約する。
【００３０】
溝８１０および突起部８２０、８２２、８３０、８３２を含む支持溝９００は、非金属製であり、任意の数の非金属材料を含みうる。好適な材料として、例えば、ガラスをおよびセラミックが挙げられる。いくつかの実施形態では、支持溝９００は、主に、またはもっぱら、エポキシガラスで構成される。
【００３１】
図９は、支持溝９００の断面図を示している。突起部８２２は、上方に（つまり、回転子本体部６１０から離れる方向に（図８））延在し、突起部８３２は、溝８１０から下方に（つまり、回転子本体部６１０に向かう方向に）延在する。主リード線６２８は、溝８１０内に、また突起部８３２の上に配置される。
【００３２】
本明細書で使用されている用語は、特定の実施形態のみを説明することを目的としており、本開示の範囲を制限することは意図されていない。本明細書で使用されているように、単数形の「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈上明らかにそうでないことを示していない限り、複数形も含むことが意図されている。さらに、「備える」および／または「備えること」という言い回しは、本明細書内で使用されている場合、記載されている特徴、整数、工程、動作、要素、および／またはコンポーネントの存在を意味し、１つまたは複数の他の特徴、領域、整数、動作、要素、コンポーネント、および／またはそれらからなる群の存在もしくは追加を除外しないことも理解されるであろう。
【００３３】
本明細書では、いくつかの例を使用して、最良の態様を含む発明を開示し、これにより、当業者は、デバイスまたはシステムを製作し、使用すること、および関係するもしくは組み込まれている方法を実行することも含めて本発明を実施することができる。本発明の特許可能な範囲は、請求項によって定められ、当業者であれば思い付く他の例を含むものとしてよい。このような他の例は、これらの例が請求項の文言と異ならない構造要素を有している場合、またはこれらの例が請求項の文言との違いがわずかである同等の構造要素を含む場合に、請求項の範囲内にあることが意図される。
【符号の説明】
【００３４】
１０、１１０、３１０、６１０  回転子本体部
１２、３１２  回転子シャフト
１４、３１４  リテーニングリング
１６、３１６  センタリングリング
２０、１２０、３２０、６２０  リード線経路
２２、１２２、３２２  ボア銅
２４、１２４、３２４  主端子
２６  雁首形部材
３０、１３０、３３０、６３０  回転子コイル巻線
３２、３３２、６３２  コイル端部ストラップ
３４、３６、３３４、６６４  コイル間コネクタ
４０、３４０  ファン取付具
１００  空冷式発電機
１２６  Ｊ字形ストラップ
１２８、３２８、６２８  主リード線
１５０  リードウェッジ
２００  液冷式発電機
２１０  第１の本体部
２１２  第１の面
２１４  第１のアーチ形頂面
２１６  アーチ形底面
２１８、２２２  絶縁層
２２０  主リード線通路
２３０  第２の本体部
２３２  第２の面
２３４  第２のアーチ形頂面
２４０、２４２  締結具孔
２４４、２４６  エッジ
３００  支持装置
４００、７００  発電機回転子
４１０  第１の本体部材
４２０  第２の本体部材
４３０、４３２  締結具
５００、６００  取付デバイス
５１０  本体部
５３０  締結具
８１０  軸方向に向き付けられた溝
８２０、８２２、８３０、８３２  突起部
９００  支持溝
【図１】
2012100523.tif 000003
【図２】
2012100523.tif 000004
【図３】
2012100523.tif 000005
【図４】
2012100523.tif 000006
【図５】
2012100523.tif 000007
【図６】
2012100523.tif 000008
【図７】
2012100523.tif 000009
【図８】
2012100523.tif 000010
【図９】
2012100523.tif 000011
【外国語明細書】
2012100523000001.pdf