JP2012523808A - ダイナモエレクトリック機械 - Google Patents

Abstract

本発明は、以下の構成部品ないし特徴を有する、ダイナモエレクトリック機械に関する：
−ロータバレン；
−ロータバレンの軸方向隣りかつそれに対して同軸に配置されている、リング形状の巻き線ヘッド；
−巻き線ヘッドの径方向内部かつそれに対して同軸に配置されている、支持リング；
−巻き線ヘッドと支持リングが、ロータバレンと相対回動不能であり；
−巻き線ヘッドと支持リングが、引張りバーによって径方向に互いに締め付けられており、その引張りバーが巻き線ヘッド内と支持リング内の径方向孔を通して案内されている。
本発明は、以下の特徴を有する：
−引張りバーが、その径方向内側の端部をもって支持リングに作用し、その径方向外側の端部をもって、巻き線ヘッドに添接する軸受ボディに作用し；
−支持ボディ内の径方向孔の内径が、引張りバーの直径に対して過大寸法を有し；
−引張りバーの径方向内側の端部が支持リングに支承され、引張りバーの径方向外側の端部が巻き線ヘッドに支承されることにより、径方向に対する引張りバーの制限された傾き運動が許される。
【選択図】なし

Description

本発明は、ダイナモエレクトリック機械、たとえば電気的ジェネレータ、に関する。本発明は、特に、ロータの巻き線ヘッドを遠心力に対して固定する、コンストラクションの構造的形態に関する。

この種のダイナモエレクトリック機械は、以下の構成部品を有している：メインロータ、メインロータの軸方向隣りにおいてメインロータに対して同軸に配置されている、リング状の巻き線ヘッド、巻き線ヘッドの径方向内部において巻き線ヘッドに対して同軸に配置されている、支持リング。

ロータ巻き線のコイルヘッドを固定するために、特に、コイルヘッドの内部をリング形状の巻き線支持体によって支持し、コイルヘッドをこの巻き線支持体上にバンデージを用いて固定することが、一般的である。特に機械がかなり大きい場合に、バンデージの代わりに幾つかに分かれたリングを使用することもでき、そのリングは、絶縁中間層によって巻き線ボディに添接し、かつボルトを用いて巻き線支持体に固定される。遠心力が特に大きい場合に、コイルボディ上にキャップを差し嵌めることもできる。この種のキャップは、特にターボジェネレータのロータの巻き線ヘッドを固定するために、一般的である（非特許文献１；特許文献１；特許文献２）。さらに、同期機械の周回転する励磁コイルから出る遠心力が、励磁コイルの外側の端面に添接する保持ブリッジによって吸収され、その保持ブリッジ自体は、機械の回転ボディに固定された、引張り負荷を受けるボルトによって保持される（特許文献３）。

ロータの巻き線ヘッドを固定する課題は、特に、最近揚水駆動のための回転数制御可能な水力−モータ−ジェネレータのために使用されるような、ロータ供給されるスリップリングロータ機械において、設定される。この種のジェネレータ−モータについて、特に、ロータが３から７ｍの直径を有する場合があることが、特徴的である。このようなロータの巻き線ヘッドを固定するために、支持台を介してロータボディに保持リングを配置し、その中にＵ字状の引張りボルトの端部が固定されることが、知られている。その場合に、それぞれ引張りボルトのＵ字状の領域が、巻き線ヘッドを把持する（報告１１−１０４ “Development and achieved commercial
operation … for a pumped
storage power plant”,
der CIGRE-Tagung 1992.30, August から 5. September）。この種の巻き線ヘッド固定は、構造的および組立技術的に極めて複雑である。

特許文献４は、上述した構造のダイナモエレクトリック機械を記述している。その場合に、遠心力に対する固定装置は、引張りバーを有しており、その径方向内側の端部が支持リングに作用し、その径方向外側の端部は、径方向外側において巻き線ヘッドに添接する軸受ボディに作用する。

巻き線ヘッドには、電流が流れる。従ってそれは、より高い温度に加熱され、伸張する。それに対して支持リングは、電流が流れず、従って冷たいままである。そこからもたらされる機械的な応力を回避するために、支持リングと巻き線ヘッドの間のエアギャップに、大体において機械の前側から、冷風が供給される。冷風は、巻き線ヘッド間のラジアル間隙内に流入して、それを径方向に貫流し、巻き線ヘッドの外部で再び流出する。実際においては、この種の冷却では十分でないことが、明らかにされている。

独国公開公報ＤＥ２６２９５７４Ｂ２ 独国特許公報ＤＥ−ＰＳ７０１６１２ 独国特許公報ＤＥ−ＰＳ９５０６５９ 独国特許公報ＤＥ１９５１９１２７Ｃ１

書籍「エレクトロテクニックのガイド(Leitfadender Elektrotechnik)」−３巻−「電気機械の構造および強度の計算(Konstructions-und Festigkeitsberechnungen erektrischer Maschinen」著者：Dr.C. von Dobbeler, 1962, B.G. Teubner Verlagsgesellschaft Stuttgart,p.25から29および58から62

本発明の課題は、請求項１の前文に記載されたダイナモエレクトリック機械を、一方で遠心力による径方向の拡幅に対する巻き線ヘッドの信頼できる固定が保証され、他方で、巻き線ヘッド、引張りバーおよび支持リングの間の許されない応力を回避する、十分な冷却が保証されるように、形成することである。

この課題は、請求項１の特徴によって解決される。

それによれば、引張りバーを挿通するための支持リング内の孔の内径が、過大寸法を有している。従って、引張りバーと、支持リング内の付属の孔の内側面との間に、（リング形状の）エアギャップが生じる。さらに、各引張りバーの端部の軸承は、引張りバーが径方向から制限された傾き運動を実施することができるように、形成されている。

ダイナモエレクトリック機械が駆動されない場合に、引張りバーは実質的に径方向に延びている。機械が駆動を開始すると、巻き線ヘッドが電流の流れによって発熱して、軸横行に伸張する。それに対して支持リングは、冷たいままであって、従って伸張しない。引張りバーは、巻き線ヘッドの伸張に追従することができる。というのは、引張りバーは、支持リング内の孔の内径が増大されていることに基づいて、径方向に対して傾斜し、かつ軸受ボディの然るべき形状によって、径方向外側の端部と径方向内側の端部において、径方向に対して傾斜することができるからである。

本発明を、図面を用いて詳細に説明する。

ダイナモエレクトリック機械の原理的な構造を、軸垂直の断面で示している。 ダイナモエレクトリック機械の端部領域を通る軸断面を拡大して示している。

図１には、ダイナモエレクトリック機械のロータ１が示されている。ロータは、数メートル、たとえば５または６ｍを有することができる、外径を有している。ハブ２は、ロータ薄板パケット３を有している。それが、押圧プレート４によって軸方向に締め付けられている。ロータ薄板の溝内へ、巻き線５が挿入されている。その巻き線ヘッド６が、ロータ薄板パケット３から軸方向へ張り出している。

巻き線ヘッド６を支持するために、ハブが、ハブ突出部２．１だけ軸方向に延長されている。ハブ突出部２．１は、薄板７．１と押圧プレート７．２を有する他の薄板パケット７を支持している。巻き線ヘッドは、さらに、リング形状の支持ボディ８によって包囲されている。これは、複数の曲げ強い、プレート形状のリング部分からなる。支持ボディ８とハブ突出部２．１の薄板パケット７を締め付けてまとめるために、引張りボルト９が用いられる。

図示の実施形態は、ＤＥ１９５１９１２７Ｃ１（特許文献４）に記載されている。

図２に示す本発明に係る実施形態は、ロータバレン１０を有している。リング形状の巻き線ヘッド６０が、ロータバレン１０の軸方向隣に配置されている。巻き線ヘッドは、ロータバレン１０に対して同軸に延びている。機械は、回転軸１１０を有している。

さらに、支持リング３０が見られる。支持リング３０は、ラミネートされており、巻き線ヘッド６０を支持するために用いられる。支持リング３０には、通気通路３０．１が設けられており、それを通して冷風が径方向内側から外側へ流れる。支持リング３０は、さらに、径方向孔３０．２を有している。その径方向孔に、引張りバー９０が挿通されている。径方向孔３０．１は、引張りバー９０に対して過大寸法を有しており、すなわち引張りバー９０の直径は、径方向孔３０．２の内径よりも小さい。

引張りバーが、支持リング３０と巻き線ヘッド６０を締め付けてまとめる。引張りバー９０の径方向外側と径方向内側の端部が、対応する軸受ボディに添接している。軸受ボディ８０と８１およびクランプナット７０を参照。その場合に、軸受ボディは、該当する軸受面が球状に形成されていることにより、軸平面内での引張りバー９０の傾斜を許す。

本発明に係る実施形態は、以下の利点を有している：

電流が流れる巻き線ヘッド６０の領域内で、発熱とそれに伴って軸方向の伸張が生じるが、支持リング３０の領域内では生じない。その場合に、巻き線ヘッド６０は、引張りバー９０の上方の領域を軸方向に、特にロータバレン１０から離れる方向に、連動させる傾向を有する。それに対して引張りバー９０の下方の領域は、ロータバレン１０に対してその場に留まる。巻き線ヘッド６０のこの伸張を考慮するために、上述した形態に基づいて、引張りバー９０は揺動可能であり、すなわち軸受ボディ８０の上方の領域内では、ロータバレン１０から遠ざかる軸方向運動を実施することができ、軸受ボディ８１の領域内では、固定位置に留まる。これは、２つの軸受ボディ８０、８１によって、かつ引張りバー９０に対する径方向孔３０．２の過大寸法によって可能にされる。

他の構造的可能性が考えられる。すなわち巻き線ヘッド６０ないしその個別部分が、径方向の引張りバーによってそれ自体単独で係止されることができ、すなわち引張りバー９０が巻き線ヘッド６０に挿通され、同時に支持リング３０に挿通されることはない。巻き線ヘッド６０は、１本または複数本の引張りバーによって支持リング３０に接続することができる。この種の引張りバーは、たとえばその径方向外側の端部をもって巻き線ヘッド６０の径方向内側の領域に作用し、その径方向内側の領域をもって支持リングの径方向外側の領域に作用することができる。この種の引張りバーは、たとえばテレスコープバーの形状で、長さ変化することができなければならない。引張りばねも、この機能を満たすことができる。この種の引張りばね１００が、図式的に示されている。この種の引張りばねまたは上述した種類のバーが設けられる場合には、引張りバー９０は省かれることになり、かつ巻き線ヘッド６０は、径方向に締めつけてまとめられなければならない。

１ ロータ
２ ハブ
２．１ ハブ突出部
３ ロータ薄板パケット
４ 押圧プレート
５ 巻き線
６ 巻き線ヘッド
７ ハブ突出部の薄板パケット
７．１ 薄板
７．２ 押圧プレート
８ 支持ボディ
９ 引張りバー
１０ ロータバレン
２０ ハブ
２０．１ ハブ突出部
３０ 支持リング
３０．１ 通気通路
３０．２ ラジアル孔
４０ リングディスク
６０ 巻き線ヘッド
７０ クランプナット
８０ 軸受ボディ
８１ 軸受ボディ
９０ 引張りバー
１００ 引張りばね
１１０ 回転軸

ロータの巻き線ヘッドを固定する課題は、特に、最近揚水駆動のための回転数制御可能な水力−モータ−ジェネレータのために使用されるような、ロータ供給されるスリップリングロータ機械において、設定される。この種のジェネレータ−モータについて、特に、ロータが３から７ｍの直径を有する場合があることが、特徴的である。このようなロータの巻き線ヘッドを固定するために、支持台を介してロータボディに保持リングを配置し、その中にＵ字状の引張りボルトの端部が固定されることが、知られている。その場合に、それぞれ引張りボルトのＵ字状の領域が、巻き線ヘッドを把持する（報告１１−１０４ “Development
and achieved commercial operation … for a pumped storage power plant”,
der CIGRE-Tagung 1992.30, August から 5. September）。この種の巻き線ヘッド固定は、構造的および組立技術的に極めて複雑である。これは、ＪＰ０４−１９３０４３にも、そのように記載されている。

Claims (3)

1. 次の構成部品ないし特徴を有する：
   １．１ ロータバレン（１０）；
   １．２ 前記ロータバレン（１０）の軸方向隣りかつそれに対して同軸に配置されている、リング形状の巻き線ヘッド（６０）；
   １．３ 前記巻き線ヘッド（６０）の径方向内部かつそれに対して同軸に配置されている、支持リング（３０）；
   １．４ 巻き線ヘッド（６０）と支持リング（３０）が、前記ロータバレン（１０）と相対回動不能であり；
   １．５ 巻き線ヘッド（６０）と支持リング（３０）が、引張りバー（９０）によって径方向に互いに締め付けられており、前記引張りバーが前記巻き線ヘッドおよび前記支持リング（３０）内の径方向孔（３０．２）を通って案内されている：
   ダイナモエレクトリック機械において、以下の特徴：
   １．６ 前記引張りバー（９０）が、その径方向内側の端部をもって前記支持リング（３０）に作用し、その径方向外側の端部をもって、前記巻き線ヘッド（６０）に添接する軸受ボディ（８０）に作用し；
   １．７ 前記支持ボディ（３０）内の前記径方向孔（３０．２）の内径が、前記引張りバー（９０）の直径に対して過大寸法を有しており；
   １．８ 前記引張りバー（９０）の径方向内側の端部が前記支持リング（３０）に支承され、前記引張りバー（９０）の径方向外側の端部が前記巻き線ヘッド（６０）に支承されることにより、径方向に対する前記引張りバー（９０）の制限された傾き運動が許される、
   ことを特徴とするダイナモエレクトリック機械。
2. 前記引張りバー（９０）の端部の少なくとも１つが、球状の支承面を有する軸受ボディ（８０）によって支承されていることを特徴とする請求項１に記載のダイナモエレクトリック機械。
3. 以下の構成部品を有する：
   ３．１ ロータバレン（１０）；
   ３．２ 前記ロータバレン（１０）の軸方向隣りかつそれに対して同軸に配置されている、リング形状の巻き線ヘッド（６０）；
   ３．３ 前記巻き線ヘッド（６０）の径方向内部かつそれに対して同軸に配置されている、支持リング（３０）；
   ３．４ 巻き線ヘッド（６０）と支持リング（３０）が、メインロータと相対回動不能であって；
   ３．５ 引張りバー（１００）が設けられており、前記引張りバーが引張りばねの力に抗して長さ可変であって、かつ前記引張りバーが、それぞれその径方向外側の端部をもって前記巻き線ヘッド（６０）に作用し、かつその径方向内側の端部をもって前記支持リング（３０）に作用する、
   ダイナモエレクトリック機械。

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