JP2014073075A - リップルばねを挿入するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機又は発電機のような電気機械において、回転子を所定の位置に置いたままウェッジ・システムを交換するために、技師がリップルばねを交換することを可能にする。
【解決手段】リップルばねを挿入するシステムが提供され、このシステムは、少なくとも１本の溝を有する圧迫板３１０を含んでおり、圧迫板は当該圧迫板の一方の端部に傾斜部３１４を有している。押込み板３２０が、少なくとも１本の溝の内部に嵌合するように構成されている少なくとも１本の案内レール３２２を有している。衝撃工具が、押込み板に係合して押込み板に押込み力を加えるように構成されている。圧迫板は、リップルばね４２６を少なくとも部分的に保持するように構成されており、傾斜部は、衝撃工具及び押込み板が当該傾斜部を越えてリップルばねを押圧するのに伴って、リップルばねに圧縮力を加えるように構成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は一般的には、電気機械に関し、具体的には、電気機械にリップルばね（ripple spring）を挿入するシステム及び方法に関する。

一般的には、発電機又は電動機のような電気機械は、適正な保守及び運転中の高効率のために常態的に監視されている。電気機械の健全性を監視する幾つかの観点の一つは、電気機械の運転中に巻線が不動であることを保証するために固定子バー巻線を検査するものである。典型的には、電気機械は、固定子スロットの内部での固定子バー巻線の移動を減少させることを容易にするために、固定子に対して半径方向の保持力を誘起するウェッジ・システムを含んでいる。かかるウェッジ・システムはまた、固定子巻線アセンブリに埋め込まれたリップルばね（例えば上面リップルばね及び側面リップルばね）を含み得る。リップルばねは一般的には、巻線が移動しないようにするために圧縮状態にある。しかしながら、ウェッジ・システムが緩むと、保持力の量が減少して固定子バー巻線が運転中に移動し得る。経時的に、固定子バー巻線の相対的移動は、固定子バーを包囲する絶縁に損傷を招き、潜在的な固定子バー巻線故障が生じ得る。このため接地への短絡が起こる場合があり、これにより、機械の効率が低下し、また電気機械の故障と故障との間の平均時間がさらに短くなる。従って、固定子スロットの内部での固定子バー巻線移動が予め決められた公差を上回っていないかを決定するために電気機械の健全性を監視することが定期的に行なわれている。

ウェッジ・システム（リップルばねを含む）を交換する必要がある場合には、技師が手動で取り外して新たなウェッジ・システムを設置しなければならない。保守事象中の停止時間を短縮するために、回転子を所定の位置に置いたままにしておくことが望ましい場合がある。回転子が所定の位置に置かれたままであると、リップルばね、特に側面リップルばねを設置するのは極めて困難であり得る。というのは、得られるクリアランスが、技師が所定の業務を操作実行するには不十分な余地しか与えないからである。典型的には、技師は、マレットを振るってリップルばねを所定の位置に打ち込む。回転子と固定子との間のクリアランスは１２インチ乃至２４インチしかない場合があり、この空間では過度に制約されて、技師が実効的にマレットを振るってリップルばねを正しい位置に打ち込むことができない。

従って、回転子を所定の位置に置いたままウェッジ・システムを交換するために、技師がリップルばねを交換することを可能にするさらに効率を高めたシステム及び方法に対する継続的な必要が存在する。

本発明の一観点によれば、リップルばねを挿入するシステムが提供され、このシステムは、少なくとも１本の溝を有する圧迫板を含んでおり、圧迫板は当該圧迫板の一方の端部に傾斜部を有している。押込み板（drive plate）が、少なくとも１本の溝の内部に嵌合するように構成されている少なくとも１本の案内レールを含んでいる。衝撃工具が、押込み板に係合して押込み板に押込み力を加えるように構成されている。圧迫板は、リップルばねを少なくとも部分的に保持するように構成されており、傾斜部は、衝撃工具及び押込み板が当該傾斜部を越えてリップルばねを押圧するのに伴って、リップルばねに圧縮力を加えるように構成されている。

本発明のもう一つの観点によれば、リップルばねを挿入するシステムが提供される。このシステムは、２本のばち形（dovetail）溝を有する圧迫板を含んでおり、圧迫板は当該圧迫板の一方の端部に傾斜部を含んでいる。押込み板が２本のばち形レールを有しており、ばち形レールは、ばち形溝の内部に嵌合するように構成されている。衝撃工具が、押込み板に係合して押込み板に押込み力を加えるように構成されている。圧迫板は、リップルばねを少なくとも部分的に保持するように構成されており、傾斜部は、衝撃工具及び押込み板が当該傾斜部を越えてリップルばねを押圧するのに伴って、リップルばねに圧縮力を加えるように構成されている。

本発明のさらにもう一つの観点によれば、リップルばねを挿入する方法が提供される。この方法は、少なくとも１本の溝を有する圧迫板を設けるステップを含んでおり、圧迫板は、当該圧迫板の一方の端部に傾斜部を含んでおり、傾斜部は、リップルばねが傾斜部を乗り越えるのに伴ってリップルばねに圧縮力を加えるように構成されている。もう一つのステップが、少なくとも１本の溝の内部に嵌合するように構成されている少なくとも１本の案内レールを有する押込み板を設けるために用いられる。さらに他のステップが、押込み板に係合して押込み板に押込み力を加えるように構成されている衝撃工具を設け、圧迫板にリップルばねを配置し、電気機械のスロットの少なくとも部分的に内部にリップルばね及び圧迫板を配置し、押込み板に衝撃工具を配置して、押込み板及びリップルばねに衝撃力を加えるように衝撃工具を作動させるために用いられる。リップルばねは、衝撃工具、押込み板及び圧迫板の傾斜部によってスロットに押し込まれる。

本発明のこれらの特徴、観点及び利点、並びに他の特徴、観点及び利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むとさらに十分に理解されよう。図面全体にわたり、類似の参照符号は類似の部材を表わす。
電気機械の固定子の一部の部分等角図であって、本発明の一実施形態による固定子ウェッジ構成を示す図である。 図１の電気機械の内部に用いられるリップルばねの一例に結合される測定系を示す図である。 本発明の一観点による電気機械のスロットにリップルばねを挿入するシステムの等角図である。 本発明の一観点によるシステムの等角図である。 本発明の一観点による電気機械のスロットの部分的に内部に配置されたシステムの断面図である。 本発明の一観点によるスロット付きキャップの等角図である。

以下、本発明の１又は複数の特定の観点／実施形態について説明する。これらの観点／実施形態の簡潔な説明を掲げる試みにおいて、実際の具現化形態の全ての特徴が本明細書に記載されている訳ではない。任意のかかる実際の具現化形態の開発時には、あらゆる工学プロジェクト又は設計プロジェクトと同様に、具現化形態毎に異なり得る機械関連の制約、システム関連の制約及び業務関連の制約の遵守のような開発者の特定の目標を達成するために多数の特定具現化形態向け決定を下さなければならないことを認められたい。また、かかる開発の試みは複雑であり時間も掛かる場合があるが、それでも本開示の利益を享受する当業者にとっては設計、製造及び製品化の通常業務的な作業であることを認められたい。

本発明の様々な実施形態の要素を提示するときに、単数不定冠詞、定冠詞、「該」、「前記」等の用語は、１又は複数の当該要素が存在することを意味するものとする。また「備えている（comprising）」、「含んでいる（including）」及び「有している（having）」等の用語は内包的であるものとし、また所載の要素以外に付加的な要素が存在し得ることを意味するものとする。動作パラメータ及び／又は環境条件の何れの例も、開示される各実施形態の他のパラメータ／条件を排除するものではない。加えて、本発明の「一実施形態」、「一観点」、又は「実施形態」若しくは「観点」に対する参照は、所載の特徴を同様に組み入れている追加の実施形態又は観点の存在を排除しないものと理解されたい。

図１は、固定子ウェッジ機構を有する電気機械の固定子鉄心１０の一部の部分等角図を示す。固定子鉄心１０は多数の固定子歯１２を含んでおり、これらの固定子歯１２はさらに、固定子巻線１６（固定子コイルとも呼ぶ）を収容するように構成されている固定子スロット１４を含んでいる。固定子巻線１６は、平板１５、シム１８、上面リップルばね２０及び固定子ウェッジ２１として示す多数の要素によって固定子スロット１４に保持されており、固定子ウェッジ２１は、固定子歯１２の側壁に設けられた対応する形状の溝２４に係合するベベル付き端辺２２を有している。様々な応用において、平板１５は、伝導性金属平板又は非金属平板（非伝導性）を含み得る。上面リップルばね２０は、固定子ウェッジ２１とシム１８との間で圧縮されて、固定子巻線１６を所定位置に堅固に保定する力を生ずる。上面リップルばね２０は、限定しないがプラスチック積層体のような非伝導性材料で作製され得る。固定子鉄心１０はまた、固定子鉄心１０の内部への固定子巻線１６の緊密嵌合を保持する多数の側面リップルばね２６を含んでいる。側面リップルばね２６は、伝導性材料で作製されてもよいし、又は限定しないがプラスチック積層体若しくは繊維ガラス複合材のような非伝導性材料で作製されてもよい。

経時的に、上面リップルばね１６及び／又は側面リップルばね２６は弾力性を失う場合があり、すると固定子ウェッジ・システムが緩む。これにより、固定子巻線１６が振動するようになる結果、固定子鉄心１０に対する損傷及び電気機械の最終的な故障を招き得る。

図２は、側面リップルばね２６を示す。等角図として示すように、側面リップルばね２６は、非圧縮高さｈ、及び長さＬに沿って走行する波面周期を有する。但し、波面サイクルはまた、長さＬに関して４５°角度で延在していてもよいし、特定応用での所望に応じて任意の適当な角度で延在していてよい。リップルばね長さＬ及び幅ｄは固定子スロット（図１にスロット１４として示す）の寸法に依存して可変に選択されることを特記しておく。もう一つの実施形態では、側面リップルばね２６は、上部層、中間部層、及び対向して配設される下部層を有する多層型である。

図３は、本発明の一観点による電気機械のスロットにリップルばねを挿入するシステム３００の等角図を示す。一例としてのみ述べると、リップルばねは側面リップルばねであってよい。電気機械は電動機又は発電機であってよい。システム３００は圧迫板３１０を含んでおり、圧迫板３１０は、少なくとも１本の溝３１２と、当該圧迫板の一方の端部に傾斜部３１４とを有する。溝３１２は、ばち形溝として構成されていてよい。本発明の一観点によれば、圧迫板３１０は、２本以上のばち形溝３１２を含んでいてよい。圧迫板３１０はまた、電気機械のスロットに圧迫板３１０を支持するように構成されている２本の側面レール３１６を含み得る。２本の側面レール３１６はまた、リップルばねの整列を容易にするためにも用いられ得る。一例としてのみ述べると、圧迫板、側面レール及び／又は傾斜部３１４はアセタール樹脂で構成され得る。

押込み板３２０が少なくとも１本の案内レール３２２を含んでおり、案内レール３２２は溝３１２の内部に嵌合するように構成されている。案内レール３２２はばち形レールとして構成され得る。本発明の一観点によれば、押込み板３２０は２本以上のばち形レール３２２を含んでいる。一例としてのみ述べると、押込み板及び案内レールはアセタール樹脂で構成され得る。

衝撃工具３３０が、押込み板３２０に係合して押込み板３２０に押込み力を加えるように構成されている。衝撃工具３３０は手持ち型衝撃ハンマ、手持ち型（若しくは掌中型）衝撃釘打機、又は押込み板３２０に押込み力を加える他の任意の適当な工具であってよい。例えば、衝撃工具３３０は、空圧動力式又は電動式の衝撃ハンマ／釘打機であってよい。衝撃工具３３０はまた、当該衝撃工具３３０の押込み端に被さって嵌合するように構成されているスロット付きキャップ３３２を含んでいる。スロット付きキャップ３３２はまた、押込み板３２０の一方の端部の一部に被さって嵌合するように構成されている。一例としてのみ述べると、スロット付きキャップは、アセタール樹脂で構成され得る。

図４は、システム３００、及び圧迫板３１０に配置されたリップルばね４２６の等角図を示す。システム３００の利用時には、リップルばね４２６が圧迫板３１０に配置され、圧迫板３１０は、リップルばねを少なくとも部分的に保持するように構成される。例えば、リップルばね４２６は、圧迫板３１０の底面、傾斜部３１４、側面レール３１６及び／又は押込み板３２０の端部によって保持され得る。傾斜部３１４は、衝撃工具３３０及び押込み板３２０が当該傾斜部３１４を越えてリップルばねを押圧するのに伴って、リップルばねに圧縮力を加えるように構成されている。

図５は、電気機械のスロットの部分的に内部に配置されたシステム３００の断面図を示す。固定子巻線１６が、スロット１４において二つの固定子歯１２の間に位置する。リップルばね４２６は、固定子巻線１６と、対向するスロット面１４との間に挿入されることになり、リップルばねは矢印５５０によって示す方向に走行する。圧迫板３１０及びリップルばねは、スロット１４の内部に配置され、両要素とも固定子巻線１６の上部に置かれる。押込み板がリップルばねの上部（図面に関して）に配置され、衝撃工具（図５には不図示）が押込み板３２０の上部に配置されて、リップルばね４２６をスロット１４の内部に下方に押し込むのに用いられる。傾斜面３１４は、リップルばねが傾斜面を乗り越えるのに伴ってリップルばね４２６を圧縮し、これによりリップルばねが固定子巻線１６とスロット１４の対向面との間に挿入されることを可能にする。第一のリップルばねが挿入された後に、次の固定子巻線が挿入されて工程を繰り返すことができる。側面レール３１６はまた、様々な幅のスロット１４に適合するように様々な寸法の側面レールを用い得るように、圧迫板３１０に着脱されるように構成されていてよい。

図６は、スロット付きキャップ３３２の等角図を示す。スロット付きキャップ３３２は、押込み板３２０に適合して押込み板３２０に被さって嵌合するような寸法を与えられた第一のスロット６１０を含んでいる。第二のスロット６２０は、衝撃工具３３０へのキャップの設置を容易にするために用いられ得る。

本発明のもう一つの観点によれば、リップルばねを挿入する方法もまた提供される。この方法は、少なくとも１本の溝を有する圧迫板を設けるステップを含んでおり、圧迫板は、当該圧迫板の一方の端部に傾斜部を含んでおり、傾斜部は、リップルばねが当該傾斜部を乗り越えるのに伴ってリップルばねに圧縮力を加えるように構成されている。もう一つのステップが、少なくとも１本の溝の内部に嵌合するように構成されている少なくとも１本の案内部材を有する押込み板を設ける。この方法はまた、押込み板に係合して押込み板に押込み力を加えるように構成されている衝撃工具を設けるステップを含んでいる。

この方法はまた、圧迫板にリップルばねを配置するステップと、電気機械のスロットの少なくとも部分的に内部にリップルばね及び圧迫板を配置するステップと、押込み板に衝撃工具を配置するステップとを含んでいる。次のステップは、押込み板及びリップルばねに衝撃力を加えるように衝撃工具を作動させるために用いられ、ここで、リップルばねは、衝撃工具、押込み板及び圧迫板の傾斜部によってスロットに押し込まれる。この方法はまた付加的なステップとして、少なくとも１本の溝を少なくとも１本のばち形溝として設けるステップと、圧迫板に２本のばち形溝を設けるステップと、少なくとも１本の案内部材を少なくとも１本のばち形部材として設けるステップと、押込み板に２本のばち形部材を設けるステップとを含んでいてよい。加えて、この方法は、電気機械のスロットに圧迫板を支持するように構成されていると共にリップルばねの整列を容易にするように構成されている２本の側面レールを圧迫板に設けるステップと、衝撃工具の押込み端に被さって嵌合するように構成されていると共に押込み板の一方の端部の一部に被さって嵌合するように構成されているスロット付きキャップを衝撃工具に設けるステップとを含んでいる。

この書面の記載は、最適な態様を含めて発明を開示し、また任意の装置又はシステムを製造して利用すること及び任意の組み込まれた方法を実行することを含めてあらゆる当業者が発明を実施することを可能にするように実例を用いている。特許付与可能な発明の範囲は特許請求の範囲によって画定されており、当業者に想到される他の実例を含み得る。かかる他の実例は、特許請求の範囲の書字言語に相違しない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の書字言語と非実質的な相違を有する等価な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあるものとする。

１０：固定子鉄心
１２：固定子歯
１４：固定子スロット
１５：平板
１６：固定子巻線
１８：シム
２０：上面リップルばね
２１：ウェッジ
２２：ベベル付きエッジ
２４：溝
２６：側面リップルばね
３００：システム
３１０：圧迫板
３１２：溝
３１４：傾斜部
３１６：側面レール
３２０：押込み板
３２２：案内レール
３３０：衝撃工具
３３２：スロット付きキャップ
４２６：リップルばね
５５０：リップルばねの走行方向
６１０、６２０：スロット

Claims (20)

1. リップルばねを挿入するシステムであって、
   少なくとも１本の溝を有する圧迫板であって、当該圧迫板の一方の端部に傾斜部を含んでいる圧迫板と、
   前記少なくとも１本の溝の内部に嵌合するように構成されている少なくとも１本の案内レールを有する押込み板と、
   該押込み板に係合して該押込み板に押込み力を加えるように構成されている衝撃工具と
   を備えており、
   前記圧迫板は、前記リップルばねを少なくとも部分的に保持するように構成されており、前記傾斜部は、前記衝撃工具及び押込み板が当該傾斜部を越えて前記リップルばねを押圧するのに伴って、前記リップルばねに圧縮力を加えるように構成されている、システム。
2. 前記リップルばねは側面リップルばねである、請求項１に記載のシステム。
3. 前記少なくとも１本の溝は少なくとも１本のばち形溝で構成されている、請求項１に記載のシステム。
4. 前記圧迫板は２本のばち形溝を含んでいる、請求項３に記載のシステム。
5. 前記圧迫板は、
   電気機械のスロットに当該圧迫板を支持するように構成されていると共に前記リップルばねの整列を容易にするように構成されている２本の側面レールをさらに含んでいる、請求項３に記載のシステム。
6. 前記少なくとも１本の案内レールは少なくとも１本のばち形レールで構成されている、請求項１に記載のシステム。
7. 前記押込み板は２本のばち形レールを含んでいる、請求項６に記載のシステム。
8. 前記衝撃工具は、
   当該衝撃工具の押込み端に被さって嵌合するように構成されていると共に前記押込み板の一方の端部の一部に被さって嵌合するように構成されているスロット付きキャップをさらに含んでいる、請求項１に記載のシステム。
9. 前記スロット付きキャップはアセタール樹脂で構成されている、請求項８に記載のシステム。
10. 前記圧迫板及び前記押込み板はアセタール樹脂で構成されている、請求項１に記載のシステム。
11. リップルばねを挿入するシステムであって、
    ２本のばち形溝を有する圧迫板であって、当該圧迫板の一方の端部に傾斜部を含んでいる圧迫板と、
    前記ばち形溝の内部に嵌合するように構成されている２本のばち形レールを有する押込み板と、
    該押込み板に係合して該押込み板に押込み力を加えるように構成されている衝撃工具と
    を備えており、
    前記圧迫板は、前記リップルばねを少なくとも部分的に保持するように構成されており、前記傾斜部は、前記衝撃工具及び押込み板が当該傾斜部を越えて前記リップルばねを押圧するのに伴って、前記リップルばねに圧縮力を加えるように構成されている、システム。
12. 前記圧迫板は、
    電気機械のスロットに当該圧迫板を支持するように構成されていると共に前記リップルばねの整列を容易にするように構成されている２本の側面レールをさらに含んでいる、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記衝撃工具は、
    当該衝撃工具の押込み端に被さって嵌合するように構成されていると共に前記押込み板の一方の端部の一部に被さって嵌合するように構成されているスロット付きキャップをさらに含んでいる、請求項１２に記載のシステム。
14. リップルばねを挿入する方法であって、
    少なくとも１本の溝を有する圧迫板を設けるステップであって、該圧迫板は、当該圧迫板の一方の端部に傾斜部を含んでおり、該傾斜部は、前記リップルばねが当該傾斜部を乗り越えるのに伴って前記リップルばねに圧縮力を加えるように構成されている、圧迫板を設けるステップと、
    前記少なくとも１本の溝の内部に嵌合するように構成されている少なくとも１本の案内レールを有する押込み板を設けるステップと、
    前記押込み板に係合して前記押込み板に押込み力を加えるように構成されている衝撃工具を設けるステップと、
    前記圧迫板に前記リップルばねを配置するステップと、
    前記リップルばね及び圧迫板を電気機械のスロットの少なくとも部分的に内部に配置するステップと、
    前記押込み板に前記衝撃工具を配置するステップと、
    前記押込み板及び前記リップルばねに衝撃力を加えるように前記衝撃工具を作動させるステップと
    を備えており、
    前記リップルばねは、前記衝撃工具、押込み板及び前記圧迫板の前記の傾斜部により前記スロットに押し込まれる、方法。
15. 前記少なくとも１本の溝を少なくとも１本のばち形溝として設けるステップ
    をさらに含んでいる請求項１４に記載の方法。
16. 前記圧迫板に２本のばち形溝を設けるステップ
    をさらに含んでいる請求項１５に記載の方法。
17. 電気機械のスロットに前記圧迫板を支持するように構成されていると共に前記リップルばねの整列を容易にするように構成されている２本の側面レールを前記圧迫板に設けるステップ
    をさらに含んでいる請求項１６に記載の方法。
18. 前記少なくとも１本の案内レールを少なくとも１本のばち形レールとして設けるステップ
    をさらに含んでいる請求項１４に記載の方法。
19. 前記押込み板に２本のばち形レールを設けるステップ
    をさらに含んでいる請求項１８に記載の方法。
20. 前記衝撃工具の押込み端に被さって嵌合するように構成されていると共に前記押込み板の一方の端部の一部に被さって嵌合するように構成されているスロット付きキャップを前記衝撃工具に設けるステップ
    をさらに含んでいる請求項１４に記載の方法。