JP3834338B2 - 固定子端部巻線コイルのクランプの予荷重装置 - Google Patents

Description

発明の背景
回転電機の固定子端部巻線コイルのクランプに予荷重を加える改良型予荷重装置。
米国特許第４，５６３，６０７号（発明の名称：回転電機の固定子コイルエンドターンのラジアルバンド組立体）に開示されているように、回転電機の固定子の端部巻線コイルは通常、ラジアルバンドクランプにより圧力を受けた状態で締め付けられている。これら端部巻線コイルを圧力下に置くことにより、端部巻線コイルの振動は最小限に抑えられる。振動を最小限に抑えることにより、疲れ破損の確率が低くなり、絶縁材の摩耗が最小限に抑えられる。
コイルは当初、圧力を受けて締め付けられるが、回転電機の作動中、締付け状態の構成部品の絶縁体システムのクリープが生じる。当業者には理解されるように、ラジアルバンドにより及ぼされる圧力は減少する。及ぼされる圧力が減少すると、端部巻線コイルの振動が増大し、その結果、絶縁材の過度の摩耗が生じることになって疲れ破損の恐れが大きくなる。これが発生するのを防止するため、上記従来技術文献に開示されているように、代表的にはラジアルバンドクランプに予荷重を加えて、ラジアルバンドクランプにより端部巻線コイルに及ぼされる圧力の緩和を阻止するか、或いはその弱まり速度を最小限に抑えている。さらに、ラジアルバンドクランプのラジアルバンドは、引張り力を受けて引き伸ばされて絶縁体のクリープを抑制する圧力を提供する。より詳細には、絶縁体のクリープが生じると、引張り状態のラジアルバンドはコイルに力を及ぼすよう作用することになる。
米国特許第４，５６３，６０７号に開示された予荷重方法では、ラジアルバンドクランプのラジアルバンドを支持ブロック及びバネに設けられた孔に通す。残念ながら、バネは圧力を受けて破損することが多く、この予荷重システムではこの予荷重方法を適切な程度に至らないものにしてしまう。より具体的に説明すると、非常に高い圧力を受けているラジアルバンドは通常、バネに割り込んでバネを脆弱にする。バネが弱体化すると、これは破損してバネのもたらす予荷重圧力が失われることになる場合がある。これが生じると、端部巻線コイルが振動し、それにつれてラジアルバンドクランプにより及ぼされる圧力は一層早い速度で減少してその大きさが小さくなる。端部巻線コイルに加わる圧力が小さいと、端部巻線コイルの振動は増大し、それにより、疲れ亀裂及び絶縁体のクリープが生じる場合がある。
かくして、従来技術では、ラジアルバンドによるバネの弱体化に起因して生じる破損を起こさないで、回転電機の固定子の端部巻線コイルに加わる予荷重を維持する予荷重システムを提供することが、要望されていながら長年の間解決されていなかった課題として存在することは明らかである。
発明の概要
したがって、本発明の目的は、ラジアルバンドによるバネの弱体化に起因して生じる破損を起こさないで、回転電機の固定子の端部巻線コイルに加わる予荷重を維持する予荷重システムを提供することにある。
本発明の上記目的及び他の目的を達成するために、固定子の第１のコイル端部巻線及び第２のコイル端部巻線に予荷重を加える予荷重システムが、前記第１のコイルの周囲に結合された第１のコイル支持プラットホームと、前記端部巻線コイル及び第１のコイル支持プラットホームを圧縮するクランプ装置と、クランプ装置と第１のコイル支持プラットホームとの間に設けられていて、クランプ装置周りに円周方向には延びていない第１の予荷重装置とを有する。
本発明の別の特徴によれば、予荷重システムは、バンド及び第１のバンドピンを有するクランプ装置と、第１のバンドピンの第１の端部と第１のコイル支持プラットホームとの間に設けられていて、バンド周りに円周方向に延びていない第１の予荷重装置と、第１のバンドピンの第２の端部と第１のコイル支持プラットホームとの間に設けられていて、バンド周りに円周方向に延びていない第２の予荷重装置とを更に有する。
本発明の第３の特徴によれば、予荷重システムは、第２のコイルの周囲に結合された第２のコイル支持プラットホームと、第１のコイル支持プラットホームと第１のコイルとの間に配置された充填材層とを更に有し、クランプ装置は、第２のバンドピンを有していて、第２のコイル支持プラットホームを圧縮し、予荷重装置は、クランプ装置のラジアルバンドに接触していない。
本発明を特徴付ける上記利点及び新規な特徴並びに他の種々の利点及び新規な特徴は、本願に添付されていて、その一部をなす請求の範囲に特定的に記載されている。しかしながら、本発明の内容、その利点並びにその利用により達成される目的をより深く理解するためには、本発明の好ましい実施形態を図示説明していて、本願の一部をなす図面及びその簡単な説明を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の好ましい実施形態による予荷重システムの部分横断面図である。
図２は、図１に示す予荷重システムの別の平面に沿って見た別の部分横断面図である。
好ましい実施形態の詳細な説明
今図面を参照し（図中、同一の符号は対応関係にある構造部材を示している）、特に図１及び図２を参照すると、固定子１４の第１のコイル端部巻線１２及び第２のコイル端部巻線１３に予荷重を加えるための予荷重システム１０が、第１のコイル１２の下に位置した第１のコイル支持プラットホーム１８、端部巻線１２，１３及び第１のコイル支持プラットホーム１８を圧縮するための締付け装置２０、及び締付け装置２０と第１のコイル支持プラットホーム１８との間に配置された第１の予荷重装置３２を有している。図１及び図２で分かるように、予荷重装置３２は、従来型システムと関連して上述した予荷重装置とは異なり、締付け装置２０周りに円周方向には延びていない。
図１及び図２にも締付け装置２０が示されている。図示の実施形態では、締付け装置２０は、端部巻線コイル１２，１３を圧縮するラジアルバンドクランプである。当該技術分野で知られているように、ラジアルバンドクランプ２０がこのような名称で呼ばれている理由は、これがコイル１２，１３を取り付けた回転電機の軸線に対して本質的に半径方向に延びていることにある。ラジアルバンドクランプ２０は、ラジアルバンド２２、第１のラジアルバンドピン２４及び第２のラジアルバンドピン２６を有している。図１に示すように、ラジアルバンド２２は、各端にエンドループ５４を有し、ラジアルバンドピン２４，２６はそれぞれ各エンドループ５４を貫通して延びている。さらに、図２に示すように、第１のラジアルバンドピン２４は溝６０を有し、エンドループ５４がこの溝６０を通って延びている。図面には示していないが、第２のラジアルバンドピン２６は、これと類似した溝を有している。また、図１に示すように、ラジアルバンドピン２４，２６は、コイル１２，１３の延びる方向に対して横方向に差し向けられている。この実施形態では、第１のラジアルバンドピン２４は、第１の端部５０及び第２の端部５２を有している。
米国特許第４，５６３，６０７号に開示されているように、ラジアルバンド２２は代表的には、ポリエステル樹脂を含浸させたガラス繊維で構成されている。この米国特許には、ラジアルバンド２２の取付け方法も記載されている。かかる方法では、バンド２２を、コイル１２，１３を貫通して配置し、バンド２２を熱風で硬化させ、バンド２２の端部５４を曲げることによりバンドを圧力下に置き、バンド２２を硬化させ、次にバンド２２を油圧ジャッキ（当業者には明らかなので図示していない）を用いて引っ張る。図１に示す好ましい実施形態では、システム１０は、第２のコイル１３上に配置された第２のコイル支持プラットホーム１６を更に有している。コイル支持プラットホーム１６，１８は、圧縮又は締付け装置２０により圧縮されて、圧縮装置２０により及ぼされた力をコイル１２，１３に伝える。さらに、図２に示すように、第１のコイル支持プラットホーム１８は孔を有し、締付け装置２０のラジアルバンド２２はこの孔を貫通して延びている。図面には示していないが、第２のコイル支持プラットホーム１６も同様にラジアルバンド２２を貫通させる孔を備えた形状のものである。
図１及び図２は又、コイル１３，１２とそれぞれのコイル支持プラットホーム１６，１８との間で圧縮される充填材層２８を有するシステム１０を示している。充填材層は、プラットホーム１６，１８に当たった状態で設けられていることにより、締付け装置２０からの力をコイル１２，１３に伝える層となっている。好ましくは、充填材層２８は、エポキシ処理された繊維材料で構成されている。一層具体的に述べると、繊維材料は、ポリエチレンテレフタレート繊維であるのがよい。さらに、コイル支持プラットホーム１６，１８は好ましくは、エポキシ樹脂を含浸させたガラス繊維材料で構成される。バンド２２の力だけでなく、それぞれのプラットホーム１６，１８及び充填材層２８のエポキシ樹脂も又、充填材層２８を定位置に保持するのに役立つ。
図２に示すように、システム１０は、第１のラジアルバンドピン２４の各端部５０，５２と第１のコイル支持プラットホーム１８との間に配置された予荷重装置３２を更に有している。かくして、好ましい実施形態では、２つの予荷重装置３２が存在する。図１は、第１のラジアルバンドピン２４の端部の下に位置した予荷重装置３２を示している。図２は、第１のラジアルバンドピン２４と第１のコイル１２との間の２つの予荷重装置３２を示している。予荷重装置３２の取付けは、上述したようにバンド２２の硬化後であってバンド２２をジャッキで張力下に置く前に行うのがよい。
図１及び図２に示すように、各予荷重装置３２は、１又は２以上のバネ４８及び第１のラジアルバンドピン２４の端部５０，５２と第１のコイル１２との間で圧縮されるピンブロック３０を有している。この好ましい実施形態では、バネ４８の形状は、円錐形である。好ましくは、これらバネは、皿形とも称されるBelleville（登録商標）タイプのガラス繊維製バネワッシャである。好ましい実施形態に示すように、２つのバネ４８が各予荷重装置３２に用いられている。しかしながら、バネ４８によって及ぼされる力は、使用されるバネ４８の数に関連して変わることになるので、本装置で用いられるバネ４８の数を変えると所要の力を得ることができる。変形例として、当業者には理解されるように、バネ４８により及ぼされる力を変化させるには、バネ４８の相対的配向状態を変えてもよい。
ピンブロック３０は好ましくは、エポキシ樹脂を含浸させたガラス繊維で構成されている。図２に示すように、ピンブロック３０は、第１のバンドピン２４の裏面に設けられたスロットと接触状態にある。第１のラジアルバンドピン２４も又、エポキシ樹脂を含浸させたガラス繊維材料で構成されているので、ピンブロック３０及びラジアルバンドピン２４は、少なくとも部分的にエポキシ樹脂で互いに結合される。
さらに、図２に示すように、予荷重装置３２は、ピンブロック３０のキャビティ３８からバネ４８を通り、そして第１のコイル支持プラットホーム１８に設けられた凹部４０内に延びるピン３６を更に有するのがよい。ピン３６をピンブロック３２のキャビティ３８に取り付けるにはセメント接合又はこれと類似した方法を用いるのが良い。ピン３６をこのように配向させることにより、ピン３６はバネ４８を保持して、それらの運動を阻止し又は最小限に抑えるよう働く。
米国特許第４，５６３，６０７号に開示されている予荷重装置に関して上述したように、その予荷重装置のバネは、ラジアルバンド周りに円周方向に延びてラジアルバンド２２に接触する場合がある。さらに、この米国特許に記載された予荷重装置では、バネは孔を有し、ラジアルバンドがこの孔を貫通している。この作用を説明すると、引っ張られた状態のバンド２２がバネに接触するとバネが脆弱になる場合がある。これとは対照的に、本発明の予荷重装置３２は、図２に明確に示されているように、ラジアルバンド２２周りに円周方向には延びておらず、したがってラジアルバンド２２には当たらない。それどころか、予荷重装置３２は、第１のラジアルハンドピン２４と第１のコイル支持プラットホーム１８との間に配置されている。顕著な特徴として、バネ４８は孔を有しているが、ラジアルバンド２２はこれらを通って延びてはいない。対照的に、本発明のバネ４８の孔は、リテーナーピン３６用に用いられているに過ぎない。かくして、バンド２２はバネ４８の周りに円周方向には延びていないので、大きな圧力を受けた状態のラジアルバンド２２は、本発明の場合、圧縮性バネ４８を弱体化しないであろう。
上述したように、この実施形態では、ラジアルバンド２２は端部巻線コイル１２，１３を貫通した状態で締め付けられ、予荷重装置３２は第１のラジアルバンドピン２４の各端部５０，５２の下で圧縮される。コイル１２，１３は締め付けられると圧力下に置かれ、コイル１２，１３の振動が最小限に抑えられる。固定子１４の動作中、バンド２２は絶縁体のクリープによって弛緩する傾向があり、バンド２２によってコイル１２，１３に及ぼされた圧力も又、弱まる。これにより、コイル１２，１３の振動が増強する。予荷重システム１０を採用した状態では、予荷重装置３２は、ラジアルバンド２２が弛緩した時にコイル１２，１３に対する圧力が弱まる速度を止めるか、或いは減少させるよう働く。一層具体的に述べると、バンド２２によって及ぼされている圧力が減少すると、圧縮状態のバネ４８はラジアルバンドピン２４を外方に押すと共にコイル１２，１３を互いに近づける。バネ４８が押すと、力がコイル１２，１３に加わり、コイル１２，１３の振動が最小限に抑えられる。
図１に示すように、システム１０は、シムブロック５６及び第２のラジアルバンドピン２６と第２のコイル１３との間に配置されたテーパ端部を備える一組のテーパシム５８を更に有するのが良い。テーパシム５８は、テーパ端部が互いに向かい合うように差し向けられている。好ましくは、シム５６及びテーパシム５８は、エポキシ樹脂を含浸させたガラス繊維材料で構成される。シム５６及びテーパシム５８は、第２のコイル１３を支持してクランプ２０からの力を第２のコイル１３に伝えるよう働く。
本発明の好ましい実施形態では、予荷重装置３２は第１のコイル１２の下に配置されているが、変形例としてこれらを第２のコイル１３の上であって第２のラジアルバンドピン２６の下に配置しても良い。この変形例では、図２は、第２のコイル１３、第２のラジアルバンドピン２６及び第２のコイル支持プラットホーム１６が、第１のコイル１２、第１のラジアルバンドピン２４及び第１のコイル支持プラットホーム１８の代わりに図面に示されることを除き、同一である。
しかしながら、本発明の多くの特徴及び利点を本発明の構造及び機能の細部と共に上記に説明したが、開示内容は例示に過ぎず、本発明の原理内で種々の構成部品の形状、サイズ及び配置に関する設計変更を請求の範囲に記載されている用語の広義の意味で指示される全範囲まで細部において行えることは理解されるべきである。

Claims (4)

1. 固定子（14）の第１のコイル端部巻線（12）及び第２のコイル端部巻線（13）に予荷重を加える予荷重システム（10）であって、少なくとも前記第１のコイル端部巻線（12）の周囲に結合された第１のコイル支持プラットホーム（18）を含むコイル支持手段と、コイル端部巻線（12）及び第１のコイル支持プラットホーム（18）を圧縮するクランプ装置（20）と、少なくともクランプ装置（20）と第１のコイル支持プラットホーム（18）との間に設けられた第１の予荷重装置（32）を含む予荷重手段とを有する予荷重システム（10）において、第１の予荷重装置（32）は、クランプ装置（20）周りに円周方向には延びていないことを特徴とするシステム。
2. 前記クランプ装置（20）は、ラジアルバンド（22）と、第１の端部（50）及び第２の端部（52）を備えていて、第１の端部（50）と第２の端部（52）との間で前記ラジアルバンド（22）に係合する第１のラジアルバンドピン（24）とを有し、前記第１の予荷重装置（32）は、前記ラジアルバンド（22）に接触しない状態で、ラジアルバンドピン（24）の第１の端部（50）と第１のコイル支持プラットホーム（18）との間に配置され、前記予荷重手段は、前記ラジアルバンド（22）に接触しない状態で、ラジアルバンドピン（24）の第２の端部と第１のコイル支持プラットホーム（18）との間に配置された第２の予荷重装置（32）を更に含むことを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. 前記コイル支持手段は、第２のコイル端部巻線（13）の周囲に結合された第２のコイル支持プラットホーム（16）を含み、クランプ装置（20）は、第２のコイル支持プラットホーム（16）をも圧縮することを特徴とする請求項１記載のシステム。
4. 各予荷重装置（32）は、前記第１のコイル支持プラットホーム（18）と、前記クランプ装置（20）との間に設けられた少なくとも一つのバネ（48）を有することを特徴とする請求項１〜３のうち何れか一に記載のシステム。

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