JP2015119633A - ドーナツ型のステータコアフレームの取付け技術 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータコアの組立を容易にする。
【解決手段】ステータコアの一部であるステータパックの１つのグループを、発電機フレームに関連した構造ボルト２２に固定する技術は、ステータパック９０のグループを各構造ボルト２２に固定するために１つのウェッジセット６８を使用することを含む。各ウェッジセット６８は、ステータパックの切欠９２の一方の側における溝７４に位置決めされる固体フィラー片７２と、構造ボルトを受容する、構造ボルトの形状に構成された凸面形状部分を有する構造ボルトフィラー片７６とを含んでいる。ウェッジ部材７８は、ステータパックのグループを構造ボルト２２に固定するためにフィラー片７２，７６の間に締め付けられる。
【選択図】図５

Description

本発明は、概して、高電力発電機の内側フレームに関連した構造ボルトにステータコアプレートの積層体を取り付ける技術、特に、高圧発電機の内側フレームに関連した構造ボルトにステータプレートパックを取り付ける技術であって、この技術は、ステータパックにおける各取付けスロット内に配置され、かつスロット内に配置された各構造ボルトの一方の側に設けられた１つのウェッジセットを使用する、技術に関する。

電源として電気を発生するための高圧発電機が当該技術分野において公知である。発電プラントは、ガスタービンエンジンを有してよい。このガスタービンエンジンは、作動流体を発生させるために燃焼室において燃料および空気を燃焼させることによってシャフトを回転させる。作動流体は、回転するブレードを横切って膨張し、ひいてはシャフトを回転させる。このようなエンジンのシャフトは、特別な構成のコイルを有するロータに取り付けられた高圧発電機の入力シャフトに連結されている。ロータコイルに提供される電流は、コイルの周囲に磁束を発生し、ロータが回転すると、磁束は、ロータを包囲するステータコアの巻線と相互作用する。ステータコア巻線は、相互接続されたステータバーを有してよい。ステータバーは、コアにおける渦電流を減じるための特別な構成を有する。さもないと、渦電流は、著しい熱を生ぜしめ、場合によっては、様々な発電機構成部材を損傷する。

高圧発電機用のステータコアは、通常、鉄または鋼などの比較的薄い鉄材料の数千枚のラミネーションの積層されたアセンブリである。各ラミネーションは、ラミネートプレートリングを形成するために、９つのセクションなどの複数のパイ形プレートセクションを構成することによって形成され、各セクションは、一片の鉄材料から打ち抜かれる。次いで、複数のこれらのラミネートプレートリングは、固定具内で互いに上下に積層され、この固定具において一緒に圧縮される。ラミネートプレートリングの圧縮された積層体は、真空チャンバに配置される。真空チャンバにおいて、リングを互いに固定するために樹脂が使用され、樹脂は、加熱されたオーブンにおいて硬化させられる。その結果として生じるプレートリングの積層体は、単一のユニットを形成する。このユニットは、しばしばステータパックまたはドーナツと称される。次いでステータパックは、フレームの内側ボアの周囲に周方向に配置された複数の構造ボルトまたはビルディングボルトに各ステータパックを滑り込ませることによって、発電機フレームにおいてステータコアを形成するように、まとめて組み立てられる。全てのステータパックが発電機フレーム内に取り付けられると、ステータパックにおける整列した開口を一連の通しボルトが貫通する。通しボルトは、ステータパックを圧縮し、最終的なステータコアを形成するために使用される。本発明の譲受人に譲渡され、かつ引用により本明細書に組み込まれる、Sargeant他に発行された米国特許第５８７５５４０号明細書は、上述のステータコア組立プロセスのより詳細な説明を提供している。

１つのステータコア組立作業において、ステータパックは、構造ボルトに滑り込まされ、ステータパックの周囲に周方向に配置された一連の切欠によって支持される。複数のステータパック、例えば４つまたは５つのステータパックは、構造ボルトの各側における対向したウェッジセットを使用して構造ボルトに固定される。各ウェッジセットは、対向する外側フィラー部材と、内側ウェッジ部材とを含む。ウェッジ部材は、ステータパックを構造ボルトに確実に保持するために、フィラー部材の間に押し込まれる。典型的なステータコアは、１８本の構造ボルトを有してよく、これにより、組立中に４つまたは５つのステータパックのグループを構造ボルトに固定するために、３６個のウェッジセットを必要とし、この場合、ステータコアは、３０〜３５個のステータパックを含んでよく、約２００インチ（１インチは２５．４ｍｍ）の長さを有してよい。

高電圧発電機のステータコアを組み立てるプロセスは、時には、ステータコアの組み立てられたサイズのために、発電機の最終的な据付場所において行われる。最終的な据付場所における発電機の組立は、発電機のサイズおよび必要なスペース要求の結果、厳密なスケジューリングコントロールおよび手順を必要とする。ステータパックの複数のグループがステータコアを構成する場合において、ステータパックの各グループのために３６個のウェッジセットを位置決めすることは、大きな労力であり、かなりの時間を必要とする。ステータコアの組立中のあらゆる予期せぬ遅れまたはその他の問題は、全体の組立スケジュールに影響し、これは、コストに大きな影響を与える。

米国特許第５８７５５４０号明細書

本発明の課題は、ステータコアの組立を容易にすることである。

本発明の教示によれば、ステータコアの一部であるステータパックの１つのグループを、発電機フレームに関連した構造ボルトに固定する技術が開示される。この技術は、ステータパックのグループを各構造ボルトに固定するために１つのウェッジセットを使用することを含む。各ウェッジセットは、ステータパックの切欠の一方の側における溝に配置された固体フィラー片と、構造ボルトを受容する、構造ボルトの形状に構成された凸面形状部分を有する構造ボルトフィラー片とを含んでいる。ウェッジ部材は、ステータパックのグループを構造ボルトに固定するためにフィラー片の間に押し込まれる。

本発明の付加的な特徴は、添付の図面に関連した以下の説明および添付の請求項から明らかになるであろう。

高圧発電機用のステータコアの断片的な透視図である。 複数のラミネートプレートを有するステータパックの等角図である。 発電機フレームに取り付けられたステータパックを示す、前側等角図である。 ステータパックを構造ボルトに固定するためにパック切欠内に位置決めされた一対のウェッジセットを示す、公知のステータパックの一部の断片的な正面図である。 ステータパックを構造ボルトに固定するためにパック切欠内に位置決めされた１つのウェッジセットを示す、ステータパックの一部の断片的な正面図である。

各ボルトのために１つのウェッジセットを使用して高圧発電機フレームにおける構造ボルトにステータパックの１つのグループを固定するための技術に関する発明の実施の形態の以下の説明は、本質的に単に例示的であり、発明またはその適用または使用を制限することは一切意図されていない。

図１は、高圧発電機用のステータコア１０の断片的な透視図であり、コア１０は、発電機の内側フレームから分離されて示されている。ステータコア１０は、複数の積層されたステータパック１４を有しており、ステータコア１０から分離されたステータパック１４のうちの１つの透視図が、図２に示されている。端部ユニット１２がステータパック１４の積層体の各端部に取り付けられており、端部ユニット１２と、ステータパック１４とは、内部ボア２６を形成しており、この内部ボア２６に、ロータ（図示せず）が、当業者によって理解される形式で位置決めされる。

各ステータパック１４は、複数のラミネートプレートリング１６のアセンブリである。各アセンブリは、例えば上述の形式でステータパック１４を形成するように、複数のパイ形のプレートセクション１８によって形成されている。各ステータパック１４は、以下でより詳細に説明するように、ステータコア１０の組立中に構造ボルト２２を受容する、一連の周方向に配置された切欠２０を有している。各ステータパック１４は、複数のボア２４も有しており、全てのステータパック１４のボア２４は互いに整列させられ、通しボルト２８を受容する。通しボルト２８は、ステータパック１４をまとめて圧縮および保持し、ステータコア１０を形成する。さらに、ステータパック１４を構成するプレートセクション１８は、スロット３２を規定する一連のステータコア歯形３０を形成するように打ち抜かれており、前記スロット３２に、ステータ巻線（図示せず）がステータコア１０の一部として提供される。

図３は、ステータコア１０がどのように組み立てられるかを示す、内部ボア４２を有する発電機フレーム４０の前側等角図である。構造ボルト２２は、ボア４２の周囲に配置されており、環状リブ４４に取り付けられている。ボルト２２は、組立プロセスの間にステータパック１４の切欠２０内に位置決めされる。組立中、作業者は、適切な機器および機械（図示せず）を使用して、ステータパック１４の切欠２０を構造ボルト２２と整列させ、切欠２０を構造ボルト２２上へ、ボア４２の一方の端部からボア４２の他方の端部まで滑り込ませる。ステータパック１４の所定のグループ、例えば４つまたは５つのグループがボア４２に挿入され、互いに隣接して位置決めされると、複数のウェッジセットを使用してステータパック１４のそのグループを構造ボルト２２に固定し、これにより、ステータパック１４の各グループは別々のウェッジセットによってボルト２２に固定される。

図４は、上述のタイプのプレートリング６４を含む公知のステータパック６０の一部の断片的な正面図であり、上述のものと同じ要素は同じ参照符号によって示されている。ステータパック６０は、一連の周方向に配置された切欠６２を有している。切欠６２は、発電機の組立中に構造ボルト２２を受容する。２つのウェッジセット６６および６８が、特定の構造ボルト２２の両側において各切欠６２内に設けられており、ステータパック６０のグループを構造ボルト２２に固定するために使用されている。各ウェッジセット６６および６８は、切欠６２の一方の側における隆起部８０に形成された溝７４内に配置された固体フィラー片７２と、構造ボルトフィラー片７６とを有する。構造ボルトフィラー片７６は、構造ボルト２２の形状に合わせて構成された、切欠６２の反対側に配置された、凸面形状部分を有する。テーパしたウェッジ部材（楔形部材）７８は、フィラー片７２および７６の間に配置され、手作業による固定作業においてフィラー片７２および７６の間に押し込まれており、これは、ウェッジセット６６および６８を構造ボルト２２の両側に対して締め付ける。複数の周方向に配置された各ボルト２２用の各切欠６２において２つのウェッジセット６６および６８を提供することによって、ボルト２２に取り付けられるステータパック６０のグループは、ボルトに緊密に固定される。

上述のように、各ラミネートプレートリング１６は、所望の形状を有するように金属成形プロセスにおいて打ち抜かれた一連の薄い鉄プレートセクション１８から形成されており、各セクション１８は、適切な数の外側の切欠と、内側のステータバースロットとを有している。各プレートセクション１８を提供するための打抜きプロセス中、打抜き型は、打ち抜かれた部品が、ウェッジセットを受容するために適切に成形された切欠を有するように構成されている。本発明によれば、切欠の一方の側が、ウェッジセットの固体フィラー片を受容する溝を有し、切欠の反対側が、構造ボルトの形状に合致するように凸面形状を有するように成形された切欠を提供するように、この打抜きプロセスは変更されている。

図５は、新たな切欠設計を有するステータパック９０の断片的な正面図であり、ステータパック６０と同じ要素は、同じ参照符号によって示されている。特に、各プレートセクション１８は切欠９２を有する。切欠９２は、互いに反対の側を有しており、一方の側は、ウェッジセット６８の固体フィラー片７２を受容する溝７４を有するように形成されており、他方の側は、構造ボルト２２の形状に合致する凸面形状部分９４を有するように形成されている。ウェッジセットのうちの一方が排除されているので、切欠９２の幅は、切欠６２の幅よりも狭く、これは、隆起部９６によって示されている。すなわち、ステータパック９０のグループを構造ボルト２２に固定するために、各切欠９２に対して１つのウェッジセットしか必要ではなく、その結果、発電機を組み立てるために半分の数のウェッジセットが使用されることになる。

据え付けられる必要があるウェッジセットの数を減じることによって、ステータコア１０を組み立てるために必要な労力の大きさが大幅に削減される。さらに、これまでは２つのウェッジセットを支持するために必要であったサイズよりも、プレートセクション１８の切欠９２のサイズを減じることにより、プレートパック９０における鉄材料の量が増大され、これは、ステータコア１０の磁気性能および発電機の性能を高める。また、切欠ごとに２つのウェッジセットを必要としていた公知の設計では、両ウェッジセットを提供するための据付プロセスは、構造ボルト２２が典型的には不均一であり、ウェッジセットが常に所望の状態で取り付けられるわけではないことにより、複雑となる恐れがある。本発明は、ステータパック９０の各グループに対して構造ボルト２２の一方の側に１つのウェッジセットのみを使用するので、構造ボルト２２の不整合が、より簡単に対処される。

前記説明は、本発明の典型的な実施の形態を開示し、説明するだけでしかない。以下の請求項に定義される発明の範囲から逸脱することなく典型的な実施の形態において様々な変更、修正および改変をなし得ることを、当業者は前記説明、添付の図面および請求項から容易に認識するであろう。

１０ ステータコア、 １２ 端部ユニット、 １４ ステータパック、 １６ ラミネートプレートリング、 １８ プレートセクション、 ２０ 切欠、 ２２ 構造ボルト、 ２４ ボア、 ２６ 内部ボア、 ２８ 通しボルト、 ３０ ステータコア歯形、 ３２ スロット、 ４０ 発電機フレーム、 ４２ ボア、 ４４ 環状リブ、 ６０ ステータパック、 ６２ 切欠、 ６４ プレートリング、 ６６，６８ ウェッジセット、 ７２ 固体フィラー片、 ７４ 溝、 ７６ 構造ボルトフィラー片、 ７８ ウェッジ部材、 ８０ 隆起部、 ９０ ステータパック、 ９２ 切欠、 ９４ 凸面形状部分、 ９６ 隆起部

Claims (17)

1. 発電機であって、
   フレームであって、ボアと、該ボアの周囲に取り付けられた、該ボア内に延びる、複数の周方向に配置された構造ボルトと、を有するフレームと、
   ステータコアを形成する複数の積層されたステータパックであって、各ステータパックは、該ステータパックの外周面に沿って複数の周方向に配置された切欠を有しており、該切欠は、他のステータパックの切欠と整列し、前記ステータコアの長さにわたって延びるスロットを形成しており、各切欠は、互いに反対側の側壁を有しており、該側壁のうちの一方は、対応係合する構造ボルトに適合するように成形されており、他方の側壁は、溝を有している、ステータパックと、
   該ステータパックを前記構造ボルトに取り付ける複数のウェッジセットであって、各ウェッジセットは、前記溝内に配置されるように構成された固体フィラー片と、前記構造ボルトに適合する成形された部分を有する構造ボルトフィラー片とを含み、前記ウェッジセットは、さらに、ウェッジ片を含み、該ウェッジ片は、フォラー片の間に配置され、前記ステータパックを前記構造ボルトに固定するために前記フィラー片を互いに押し離し、各切欠内には１つのウェッジセットが設けられている、複数のウェッジセットと、を備えることを特徴とする、発電機。
2. 各ウェッジセットは、４つまたは５つのステータパックを前記構造ボルトに固定する、請求項１記載の発電機。
3. 前記ステータパックは、一連の積層されたリングから形成されており、各リングは、複数のリングセクションを有する、請求項１記載の発電機。
4. 前記リングセクションは、鉄プレートから打ち抜かれている、請求項３記載の発電機。
5. 前記鉄プレートは、鋼プレートである、請求項４記載の発電機。
6. 前記複数の周方向に配置された構造ボルトは、１８本の構造ボルトである、請求項１記載の発電機。
7. 各ステータパックは、ステータ歯形と、ステータ巻線を受容するためのステータスロットとを形成する、内部ボアを有する、請求項１記載の発電機。
8. 各ステータパックは、前記切欠の近くに隆起部を有する、請求項１記載の発電機。
9. 前記発電機は、ガスタービンエンジンに接続されるように構成された高圧発電機である、請求項１記載の発電機。
10. 前記発電機は、３０〜３５個のステータパックを有する、請求項１記載の発電機。
11. 発電機用のステータプレートであって、該ステータプレートは、該ステータプレートの外周面に沿って複数の周方向に配置された切欠を有しており、各切欠は、互いに反対側の側壁を有しており、側壁のうちの一方は、円筒状の構造ボルトに合致するように成形されており、他方の側壁は、矩形の溝を有することを特徴とする、発電機用のステータプレート。
12. 前記溝は、前記ステータプレートを前記構造ボルトに固定するウェッジセットに関連した固体フィラー片を受容するように構成されている、請求項１１記載のステータプレート。
13. 高圧発電機であって、
    フレームであって、ボアと、該ボアの周囲に取り付けられた、該ボア内に延びる、複数の周方向に配置された構造ボルトと、を有するフレームと、
    ステータコアを形成する複数の積層されたステータパックであって、該ステータパックは、一連の積層されたリングから形成されており、各リングは、複数のリングセクションを有しており、該リングセクションは、鉄プレートから打ち抜かれており、各ステータパックは、該ステータパックの外周面に沿って複数の周方向に配置された切欠を有しており、該切欠は、他のステータパックの切欠と整列し、前記ステータコアの長さにわたって延びるスロットを形成しており、各切欠は、互いに反対側の側壁を有しており、該側壁のうちの一方は、対応係合する構造ボルトに適合するように成形されており、他方の側壁は、溝を有しており、各ステータパックは、前記切欠の近くに隆起部を有している、ステータパックと、
    該ステータパックを前記構造ボルトに取り付ける複数のウェッジセットであって、各ウェッジセットは、前記溝内に配置されるように構成された固体フィラー片と、前記構造ボルトに適合する成形された部分を有する構造ボルトフィラー片とを含み、前記ウェッジセットは、さらに、ウェッジ片を含み、該ウェッジ片は、フォラー片の間に配置され、前記ステータパックを前記構造ボルトに固定するために前記フィラー片を互いに押し離し、各切欠内には１つのウェッジセットが設けられている、複数のウェッジセットと、を備えることを特徴とする、発電機。
14. 各ウェッジセットは、４つまたは５つのステータパックを前記構造ボルトに固定する、請求項１３記載の発電機。
15. 前記複数の周方向に配置された構造ボルトは、１８本の構造ボルトである、請求項１３記載の発電機。
16. 各ステータパックは、ステータ歯形と、ステータ巻線を受容するためのステータスロットとを形成する、内部ボアを有する、請求項１３記載の発電機。
17. 前記発電機は、３０〜３５個のステータパックを有する、請求項１３記載の発電機。

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