JP2009038965A - ウェッジまたはスライドの駆動用工具 - Google Patents

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Abstract

【課題】固定子スライドの取り付けに関し、固定子ウェッジとの密着の均一性と一貫性を確保し、固定子鉄心の損傷を最小限にする装置に関する。
【解決手段】工具200は、一対の細長レール部材245を含むフレームと、レール部材の間に位置する加力ブロックと、フレームのほぼ中間の対向端部でフレームに接続された駆動部と、一端が加力ブロックにねじ係合し、他端が駆動部に接続された親ねじ250であって、親ねじの回転は、加力ブロックの軸方向運動を生じさせる。電機子または界磁は鉄心を有しており、1つ以上の換気スロットを有する。スライドに対して工具を位置決めするスロット板が存在しており、該スロット板の一部分が1つ以上の換気スロット内に延在する。スロット板は、加力ブロックが固定子スライドに付加する力の反応点を形成する。
【選択図】図2

Description

本発明は回転電気機械に関し、より詳細には、発電機の固定子鉄心内で固定子ウェッジの下に固定子スライドを取り付ける工具に関する。
発電機等の回転電気機械は、一般的に略環状アセンブリを形成する磁性材料の積層薄板からなる固定子または電機子鉄心を使用している。軸方向に延在する円周方向に離間配置された固定子鉄心スロットの配列が、環状アセンブリの半径方向内面に形成される。電機子または固定子巻線は、これらのスロット内に配置される。回転子または界磁は固定子鉄心の内部に同軸上に配列され、一般的に外部電源から励起される界磁巻線を含んでおり、回転子と同じ速度で回転する磁場を形成する。前述の配列によって、電機子巻線から電気出力が発生することがわかるであろう。
固定子または電機子巻線は固定子鉄心の内部に取り付けられ、固定子ウェッジ、固定子スライド、フィラーストリップおよびリップルスプリングを含むスロットサポートシステムによって適当な位置に保持される。これらのサポート部品は、スロットの内部で固定子電機子巻線を半径方向に密着した状態で維持するために使用される。発電機の電機子巻線は、高電圧での電機子巻線の絶縁損傷を防ぐために十分に含まれるべき電磁力の連続的な歪みの下で作動する。絶縁損傷は、電機子巻線と固定鉄心の間の相対運動によって悪化する可能性もある。ウェッジ、スライド、フィラーストリップおよびリップルスプリングは電機子巻線に半径方向力を付与して、巻線の磁気および電気誘導された半径方向力に対する耐性を促進する。
固定子ウェッジは、半径方向スロットの対向する側壁の軸方向ダブテールスロットの内部に収容される。固定子ウェッジの締め付け工程の際、各固定子ウェッジに対して固定子スライドを取り付ける必要がある。便宜上、本明細書では、ダブテールスロット内に取り付けられる「固定子ウェッジ」と、このウェッジを密着させるために使用される「固定子スライド」について述べる。固定子スライドは、必ずではないが、スロットの中身、すなわち巻線、フィラーおよびリップルスプリングなどに対して確実な締まりばめが得られるように事前測定して寸法決めすることができる。固定子スライドを取り付けるために要する力は、数千ポンドになる。
固定子スライドを取り付けるために必要な力を提供するために、いくつかの方法が用いられてきた。例えば、駆動盤と大きなハンマを用いて、または改良型空気圧作動ハンマを用いて、固定子スライドを手動で取り付けてきた。しかしながら、これらの方法は時間がかかり、操作者に相当な負担をかけるものである。またこれらにより、操作者は疲労しやすく、反復動作による傷害および/または聴覚損傷のリスクにさらされることになり、固定子鉄心と電機子巻線の健全性に対するリスクが生じる。また、ハンマリング技術によっては、中心から逸れた打撃、すなわち操作者が不注意にもスライドを打ち損ねて固定子鉄心を打ってしまうことによって、固定子スライドが折れる可能性があり、結果として鉄心の損傷が起こり、損傷した鉄心部分を固定するための工程が長く時間のかかるものになる。上述の方法を用いることにより、固定子ウェッジと固定子スライドの密着の均一性と一貫性もまた乏しくなる。
米国特許第3,393,335号公報 米国特許第4,584,497号公報 米国特許第6,218,759B1号公報 米国特許第6,421,914B1号公報 米国特許第6,584,680B2号公報 米国特許第6,708,395B2号公報
したがって、当該技術において、固定子スライドの駆動に使用することのできる装置に対して、操作者の疲労と損害を最小限にし、固定子鉄心の損傷を最小限にし、取付時間を最小限にし、固定子ウェッジと固定子スライドの密着の均一性と一貫性を最大限にする必要性が存在する。
本発明は、前述のリスクを大幅に削減または排除した、スムーズに制御された非衝撃式固定子スライドアセンブリを実現する新規の固定子スライド駆動装置を提供する。
回転電気機械の電機子または界磁のスロットの内部でウェッジの下のスライドを駆動するための工具が開示される。該工具は、一対の細長レール部材を含むフレームと、該レール部材の間に位置する加力ブロックと、該フレームのほぼ中間の対向端部で該フレームに接続された駆動部と、一端が該加力ブロックにねじ係合し、他端が該駆動部に接続される親ねじであって、作動時に該駆動部によって回転する該親ねじとからなる。該親ねじの回転により、該加力ブロックの軸方向運動が生じる。該電機子または界磁は鉄心を含んでおり、この鉄心は該電機子または界磁の換気を促進する1つ以上の換気スロットを有する。該スライドに対して該工具を位置決めするスロット板が存在し、該スロット板の一部分は1つ以上の換気スロット内に延在する。該スロット板は、該加力ブロックが該固定子スライドに付加する力の反応点を形成する。
回転電気機械内のウェッジと電機子巻線の間のスライドを駆動するための工具が開示される。該回転電気機械は、電機子鉄心と、複数の電機子巻線スロットとを有する。該電機子鉄心は、該電機子鉄心の換気を促進する1つ以上の換気スロットを有する。該工具は、一対の細長レール部材を含むフレームであって、該細長レール部材の両端部の付近に位置する対向フレーム端部を有する該フレームと、概して該細長レール部材の間に配置され、該スライドと接触するウェッジ駆動部材を有する加力手段であって、該ウェッジ駆動部材とともに該スライドに力を付加して、該ウェッジと該電機子巻線の間の該スライドを駆動する該加力手段と、該対向フレーム端部の一方の付近に位置する換気スロット板であって、該1つ以上の換気スロット内に延在し、該加力手段が該スライドに付加する力の反応点を形成する該換気スロット板とからなる。
図1を参照すると、発電機の磁気固定子鉄心が部分的に100で示される。図面は必ずしも一定の割合で作成する必要はなく、個々の要素はさまざまな要素間の相互作用を例証するために示される。固定子鉄心は、多数の磁性鋼や磁鉄材料の積層で形成することができる。一般的に、積層はグループで構成され、各グループはスペーサ(図1には図示せず)によって分離される。スペーサは、積層のグループ間に軸方向に離間配置された隙間を画定し、これらの隙間は固定子鉄心100の換気と冷却を可能にする。半径方向に配向された複数の固定子スロット105は固定子鉄心に沿って軸方向に延在しており、その中に電機子巻線110が取り付けられている。一般的に、1つ以上の電機子巻線110が各スロット105内に存在しているが、3つ以上存在させることもできる。各スロット105は、スロット105の対向する側壁にダブテール溝または逃げ溝115を有する開口に隣接して形成されており、数個から多数の固定子ウェッジ120と固定子スライド125要素をスロット105の長さに沿って軸方向に挿入することができる。平坦なフィラーストリップ130とリップルスプリング135が、図1に示すように巻線110間と固定子ウェッジ120およびスライド125間に配置されることがわかるであろう。その際、個々の固定子ウェッジ120およびスライド125は概して約3〜12インチの長さであり、固定子鉄心は約50〜350インチの長さかつ約3〜12フィートの直径を有している。したがって、最大3,000以上の固定子スライド125を一般的な発電機に取り付ける必要がある。
固定子ウェッジ120および固定子スライド125、ならびにフィラーストリップ130は、耐熱樹脂と組み合わせたガラス繊維織物で構成することができる。この材料は、高温で優れた機械的強度と電気絶縁性を有する。リップルスプリング135は、エポキシ樹脂と組み合わせた一方向ガラス織物で構成することができる。リップルスプリングは、その長さに沿って波状または正弦波状の形状を有する。この波形はリップルスプリングに弾性を与え、この弾性は、電機子巻線110の固定子スロット105内部への密着固定を維持しながら、発電機のさまざまな運転サイクル中に電機子巻線110の膨張と収縮を吸収するのに役立つ。あるいは、固定子ウェッジ、固定子スライド、フィラーストリップおよびリップルスプリングに他の適当な材料を使用することもできる。他の実施形態では、固定子鉄心の磁気特性を高めるために、材料に磁性粒子を包含させてもよい。
次に図2〜図4を参照すると、本発明の一実施形態によれば、固定子スライド駆動工具200は空気工具にすることができる。あるいは、この工具はバッテリ、燃料電池、ACまたはDC電力、または他の適当な電源によって動力を供給することもできる。工具200は、吸気口205、モータ210、バンパ215、クランプ220、ギアハウジング225、端部バンパ230、端部ハンドル235、下端レール240、下端バンパ245、スクリュー軸250、ドライバブロック255、取付板260、ハンドル265および操作レバー270を有する。リバースボタン(図示せず)が、モータ210の反対側に存在し得る。側板305(図3参照)は、工具の両側の下端レール240から取付板260まで延在し得る。この側板は不透明または透明にすることができ、限定ではないが、アルミニウム、繊維複合材料、鋼またはプラスチック等のさまざまな材料から作成される。
バンパ230および245は高分子またはプラスチック材料で形成することができ、工具200の使用中に固定子鉄心を保護する働きをする。バンパには、固定子鉄心の材料に比べて比較的軟らかいものであれば、他の材料を使用することもできる。
ハンドル235および265は、工具200を固定子鉄心の適当な位置に配置するため、また工具の取り外しや再配置のために、操作者によって使用される。1つのハンドル235だけがバンパ230の一方に示されているが、各端部バンパ230にハンドルを配置することができ、あるいは一方または両方の端部バンパに複数のハンドルを配置することもできる。ハンドル265は、取付板260のさまざまな位置および向きに取り付けることもできる。レバー270を不注意に作動させることがないよう適切に配慮すれば、モータ210をハンドルとして使用することもできる。
図3は、本発明の一実施形態にしたがった工具200の拡大図を示す。略「T」形状の圧力ブロックチップ310は、固定子スライド125に接触する要素である。圧力ブロック312は、ドライバブロック255に接続される。圧力ブロックチップ310は、ねじまたはボルト等の取り外し可能な締結具によって圧力ブロック312に接続される。これにより、圧力ブロックチップ310の取り外しおよび/または異なるサイズ、長さ、形状または構成の圧力ブロックチップとの交換が容易になる。また、細長スロット(図2には図示せず)を圧力ブロックチップ310に形成することができる。細長スロットによってチップ310に対する締結具の配置の多少の変更が可能になり、これにより、下端バンパ245の表面下に「T」の下端が延在する距離を現在使用中または製造中の特定の発電機用に調整およびカスタマイズすることができる。
ドライバブロック255はその上側部分がレール320上に載っており、その下側部分は圧力ブロック312を介してスクリュー軸250によって駆動される。ドライバブロック255は圧力ブロック312にしっかりと固定または固着されており、圧力ブロック312のあらゆる運動が直ちにドライバブロック255に伝達される。スクリュー軸250は、ギア330を介してモータ210によって駆動される。図3は平歯車または線形歯車構成を示しているが、他の適当な歯車構成も使用することができ、傘歯車、遊星歯車、はすば歯車またはウォーム歯車などがあるが、これに限定されない。ラック・ピニオン駆動システムも同様に使用することができ、本例ではラックがスクリュー軸の代わりをする。ギア330は、一般的に鋼または合金鋼材料から製造されるが、他の材料、例えば非鉄合金、鋳鉄、鉄合金またはプラスチックでさえも使用することができる。ギア330は、ギアハウジング225の内部に収容される。
モータ210は好ましくは空気圧または空気作動モータであるが、ギア330を駆動することができる他のタイプのモータを使用することもできる。例えば、モータ210はACまたはDC電圧によって電気的に作動することができる。バッテリまたは燃料電池を用いてモータ210を作動させることもできる。しかしながら、現在開示されている本発明の実施形態の1つでは、モータは空気圧式であり、空気圧縮機(図示せず)等の圧縮空気源から動力を供給される。吸気口205は、圧縮空気を運ぶのに適したホースを介してモータ210を空気圧縮機に連結するために使用される。
図4を参照すると、固定子鉄心100は、概して軸方向に延在し、電機子巻線110を収容する複数の固定子スロット105を有する。一例として、2つの電機子巻線110が各固定子スロット105の内部に収容される。固定子鉄心は、多数の磁性鋼または磁鉄材料の積層からなる。積層はグループを形成し、これらのグループはスペーサによって分離される。スペーサは、固定子スロット105にほぼ直交する換気隙間410を画定する。積層のグループ間の換気隙間410は、固定子鉄心の換気と冷却を可能にする。
図4および図6を参照すると、電機子巻線110は固定子スロット105の下側部分に収容される。さまざまなフィラーストリップ130およびリップルスプリング135が電機子巻線の上に取り付けられる。ダブテールウェッジ120がダブテール溝115に挿入された後、スライド125は工具200を用いてウェッジ120の下で駆動される。
換気スロットプレート340(図3参照)は、下方に延在する一対の突起部342を有する。突起部342は換気隙間410内に延在し、鉄心の強度に作用して作動中に工具を適当な位置に固定する。図3は2つの突起部を有する換気スロット板を示しているが、1つまたは3つ以上の突起部を使用することもできる。固定することによって、接点の凝固点が固定子ウェッジ120の下で固定子スライド125を駆動する際に及ぶ駆動力の影響を受けなくなることを理解されたい。換気スロット板340は、ねじまたはボルト等の取り外し可能な締結具によって端部フレームキャップ345に固定される。換気スロット板340は、取り外して、異なるサイズまたは寸法の換気スロット板と交換できるように設計される。換気スロット板の交換を可能にすることによって、広範囲の発電機を工具200に適応させて、使用することができる。異なる仕様(例えば、固定子スロットの幅、換気隙間の幅または長さ、固定子スライドの深さ等)の発電機を適応させるための主な交換可能部品は、下端バンパ245、圧力ブロックチップ310および換気スロット板340である。これらの要素のサイズ、幅、長さおよび他の特徴は、現在修理、使用または製造中の特定の機械に合うように調整することができるので、工具200は広範囲の発電機で使用することができる。工具200の他の要素も同様に、さまざまな発電機の特定の要件に合わせて交換することができる。
次に図5を参照して、固定子ウェッジ120の下に固定子スライド125を取り付ける方法を説明する。まず、電機子巻線110が固定子スロット105の内部に取り付けられる。次に、フィラーストリップ130およびリップルスプリング135が固定子スロット105の1つまたはグループに挿入される。その後、固定子ウェッジ120が従来の方法でダブテール溝115の一部分に挿入される。固定子ウェッジ120は、スロット105およびダブテール溝115の内部に軸方向に配置される。ウェッジ120は、1つずつ連続的に、複数の固定子スロット105からなるグループに取り付けてもよい。固定子スライド125は、一端を若干先細りさせることができ、部分的に固定子ウェッジ120の下に挿入される。その後、工具200がスライド125の上に配置され、換気スロット板突起部342が換気スロット410と整列させて挿入される。下端バンパ245は、同様に下方に延在する突起部を有しており、固定子スロット105と整列して延在する。このようにして、工具200が適切な方法で自動的に整列するので、固定子スライド125は固定子スロット105に合わせて駆動することができる。そのように配置された工具200はスライド125を適切な配列で維持し、駆動プロセス中のスライドの「下支え」を防止する。従来技術のハンマリング工程では、スライド125は繰り返しの「打撃」の影響を受けていて、スライド125が半径方向に振動・揺動し始めることがよくあった。この振動は顕著になり、次にハンマの打撃を打ち損なうと、スライド125が壊れることになる。工具200の利点は、スライドが工具とリップルスプリング135の間に挟まれて保持されるので、過度な振動が発生することがなく、全駆動プロセスの間、スライドが適切に整列することである。
図5に示すように、固定子ウェッジ120の下に部分的に配置された固定子スライド125は、真上の工具200を用いて駆動することができる。操作者はレバー270を押し下げて、圧力ブロックチップ310を固定子スライド125に向かって駆動させる。圧力ブロックチップ310は固定子スライド125に接触して、固定子スライド125を固定子ウェッジ120の下に押し込む。圧力ブロックチップ310によって固定子スライド125にかかる力は、一貫して均一な力である。一般的に、付与される力は約2,200ポンドの力になる。しかしながら、この力は圧縮空気源を適切に調整することによって約100〜2,500ポンド以上の力で変動するように調整することができる。この力の変動性は、工具を異なるタイプの発電機で使用する際に大いに役立つものである。
固定子スライド125が固定子ウェッジ120の下に押し込まれると、工具200は、換気隙間410内の固定子鉄心部分と接触する換気スロット板突起部342によって、軸方向に支持されて固定される。固定子鉄心は非常に堅くて強く、駆動プロセス中の非常に優れた作用点を形成する。固定子スライド125が完全に固定子ウェッジ120の下で駆動されると、操作者はレバー270を解放し、リバースボタン(図示せず)を押し、再びレバー270を押し下げる。これにより、圧力ブロックチップ310を固定子スライド125から引き抜き、操作者が工具200を取り外して、次の固定子スライドを駆動するために新しい場所に再配置することができる。
図7は、固定子ウェッジ120および固定子スライド125の上の適当な位置にある工具200を示す拡大部分斜視図である。部分的にウェッジ120の下で駆動される固定子スライド125が示される。明確にするために、圧力ブロックチップ310は固定子ウェッジ120から若干離して示される。リップルスプリング135は固定子スライド125の下で見ることができ、リップルスプリングは波状または正弦波状の形状を有している。この波形は、リップルスプリングに「スプリング状」特性を付与し、すべての要素(例えば、固定子ウェッジ120、固定子スライド125、フィラーストリップ130および電機子巻線110)の固定子スロット105の内部における密着固定を保持する働きをする。リップルスプリング135は弾性も有しており、電機子巻線110の熱膨張と収縮による電機子巻線寸法の変動を吸収する。換気スロット板突起部342は、固定子スロット105に向かって突出していることがわかる。固定子鉄心100は明確にするためにこの図から省略されているが、突起部342が固定子鉄心に接触して、駆動プロセス中に工具200をしっかり支持する働きをすることがわかるであろう。
本発明は現時点で考えられる最も実践的かつ好適な実施形態の1つに関して説明したが、本発明は開示の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、添付の請求項の精神および範囲に含まれるさまざまな変形例および同等の構成を保護することを目的としていることを理解されたい。
適当な位置に固定子スライドと固定子ウェッジを備えた固定子鉄心スロットの部分軸方向断面図である。 図1に示す固定子スライドを駆動するために用いられる工具の一実施形態の斜視図である。 図1に示す固定子スライドを駆動するために用いられる工具の一実施形態の拡大斜視図である。 固定子鉄心の部分斜視図である。 固定子スライドの駆動に用いられる工具の一実施形態の断面図である。 固定子鉄心の拡大部分斜視図であり、固定子スロットと固定子ウェッジおよび固定子スライドの間の相互関係を示すものである。 固定子スロットの上の適当な位置にある工具の拡大部分斜視図であり、本発明の一実施形態にしたがった固定子ウェッジ、固定子スライド、リップルスプリングおよび工具間の相互関係を示すものである。
符号の説明
100 固定子鉄心
105 固定子スロット
110 電気子巻線
115 ダブテール溝
120 固定子ウェッジ
125 固定子スライド
130 フィラーストリップ
135 リップルスプリング
200 固定子スライド駆動工具
205 吸気口
210 モータ
215 バンパ
220 クランプ
225 ギアハウジング
230 端部バンパ
235 端部ハンドル
240 下端レール
245 下端バンパ
250 スクリュー軸
255 ドライバブロック
260 取付板
265 ハンドル
270 操作レバー
305 側板
310 圧力ブロックチップ
312 圧力ブロック
320 レール
330 ギア
340 換気スロット板
342 換気スロット板突起部
345 端部フレームキャップ
410 換気隙間

Claims (10)

  1. 回転電気機械のウェッジ(120)と電機子巻線(110)の間のスライド(125)を駆動する工具(200)であって、
    前記回転電気機械は、電機子鉄心(100)と、複数の電機子巻線スロット(105)とを有しており、前記電機子鉄心は、前記電機子鉄心の換気を促進する1つ以上の換気スロット(410)を有しており、
    前記工具は、
    一対の細長レール部材(240)を含み、前記細長レール部材の端部の付近に配置された対向するフレーム端部を有するフレームと、
    該して前記細長レール部材の間に位置し、ウェッジ駆動部材(310)を有する加力手段(255、312)であって、前記ウェッジ駆動部材(310)が前記スライド(125)に接触し、前記ウェッジ駆動部材とともに前記ウェッジと前記電機子巻線の間の前記スライドを駆動するために前記スライドに力を付与する加力手段(255、312)と、
    前記対向するフレーム端部の付近に位置する換気スロット板(340)であって、一部分が前記1つ以上の換気スロット(410)内に延在し、前記加力手段が前記スライドに付与する力の反応点を形成する前記換気スロット板(340)と
    を含む、工具(200)。
  2. 前記ウェッジ駆動部材(310)が異なるサイズまたは寸法のウェッジ駆動部材と交換できるように前記ウェッジ駆動部材が前記加力手段に取り外し可能に固定される、請求項1に記載の工具。
  3. 前記換気スロット板(340)が異なるサイズまたは寸法の換気スロット板と交換できるように前記工具に取り外し可能に固定される、請求項1又は2に記載の工具。
  4. 前記工具の底表面の付近に取り付けられ、高分子材料からなり、少なくとも1つのリッジを有する少なくとも1つの下端バンパ(245)をさらに有しており、前記少なくとも1つのリッジが少なくとも部分的に前記電機子巻線スロット(105)の少なくとも1つに延在するように下方に延在している、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の工具。
  5. 前記少なくとも1つの下端バンパ(245)が異なるサイズまたは寸法の下端バンパと交換できるように前記フレームに取り外し可能に固定される、請求項4に記載の工具。
  6. 前記加力手段に接続されたモータ(210)をさらに有する、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の工具。
  7. 前記モータ(210)が空気作動モータである、請求項6に記載の工具。
  8. 前記モータ(210)が少なくとも1つ以上のギア(330)を介して前記加力手段に接続される、請求項6又は7に記載の工具。
  9. 回転電気機械の電機子または界磁のスロット(105)の内部でウェッジ(120)の下のスライド(125)を駆動する工具(200)であって、
    一対の細長レール部材(245)を含むフレームと、
    前記細長レール部材の間に位置する加力ブロック(312)と、
    前記フレームのほぼ中間の対向端部で前記フレームに接続された駆動部と、
    一端が前記加力ブロックにねじ係合し、他端が前記駆動部に接続された親ねじ(250)であって、前記駆動部が作動時に前記親ねじを回転させ、前記親ねじの回転が前記加力ブロックの軸方向運動を生じさせる前記親ねじ(250)と
    を含み、
    前記電機子または界磁は、鉄心(100)を有しており、前記鉄心が前記電機子または界磁の換気を促進する1つ以上の換気スロット(410)を有し、
    前記工具は、前記スライドに対して前記工具を位置決めするスロット板(340)であって、一部分が前記1つ以上の換気スロット内に延在し、前記加力ブロックが前記固定子スライドに付加する力の反応点を形成する前記スロット板(340)を含む
    ことを特徴とうとする工具(200)。
  10. 前記駆動部が空気作動式である、請求項9に記載の工具。
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