JP3978235B2 - モジュラー型固定子コア及びその製造方法 - Google Patents

Description

発明の属する技術分野
本発明は発電装置の設計及びその製造法に関し、さらに詳細には、発電機に用いるモジュラー型固定子コア及びその製造方法に関する。
従来の技術及び発明が解決しようとする課題
発電機の固定子コアは、タービン発電装置の単一部品としては最大のものである。一般的に、固定子コアは、何千枚もの比較的薄い鋼板の成層体を積み重ね、加圧し、圧締して、大きな円筒状、即ち固定子コアの形状にすることにより製造する。圧締工程は、成層体が打ち抜き加工により製造される原料鋼板の厚さにばらつきがある（通常「クラウン」と呼ぶ）のを調整するために必要な工程である。成層体の圧締が適正に行われていないと、発電機の運転時、磁気的衝撃により、またコアが膨脹して楕円状になるため、鋼板に振動が発生することがある。加えて、成層体間に空隙が存在すると、熱的抵抗が高くなり、冷却効率が減少する。鋼板の「クラウン」現象による空所を埋めるために、積み重ねた鋼板に充填剤を挿入することが一般的に行われている。この充填剤は、さらに、圧締圧を鋼板全体に亘り等しく分布させる働きをする。
固定子コアは、通常、最終的な据付けサイトで鋼板を直接組立てて製造する。しかしながら、固定子コアは大きなものであり且つ適正な圧締を必要とするため、余裕のあるフロアスペース及び強力なクレーンを必要とするなど、固定子コアの製造上に難点がある。円筒状の固定子コアを形成するために、従来、２つの組立て方法が用いられているが、その１つは鋼板を固定子枠内に直接積み重ねるものであり、もう１つは最初に鋼板を外部の積み重ね器具により積み重ねて圧締する方法である。固定子コアが完成した後、大型クレーンによって吊り上げ、固定子枠内に配置する。
従来の方法による固定子コアの製造には、製造前に長いリードタイムを必要とすること、またそれに関連する他の製造上の難点がある。例えば、コアを固定子枠内に直接積み重ねる場合、製造工程開始前に固定子枠をサイトに運ばなければならない。加えて、長さを少しずつ増加しながら鋼板を加圧し圧締するために中間的なコア加圧装置を必要とする。一方、固定子コアを外部の器具を用いて製造する場合、製造開始前に固定子枠がサイトに到着している必要はないが、外部の器具自体が製造コストを増加させる要因となり、またサイトにそのための余分なフロアスペースを必要とする。加えて、外部の器具を用いる方法は、組立てたコアを吊り上げて固定子枠内に配置するために充分な高さの高荷重クレーンが必要である。従来のいずれの製造方式によっても、固定コアの積み重ね工程の完了までには数日を要する。
これらの組立て上の難点に加えて、従来方式により組立てた固定子コアには動作上の問題がある。かかるコアは、動作時、整定する、即ち応力緩和が生じる傾向がある。この傾向を軽減するために、組立て時種々の圧密方式及び大きな圧締力を用いることが必要であるが、これらは組立て時間とコストを増加させる要因となる。さらに、成層体を定位置に保持するためにはコアの端部に強靭な構造部材が必要であり、また将来再び締付けを行うためにアクセスが必要となる。
従って、固定子コアの製造時間及びコストを減少させると共に動作安定性を増加させる改良型固定子コア及びその製造方法が要望されている。
発明の概要
本発明によると、固定子コアの組立て方法であって、ａ）各コアモジュールが、第１の器具により積み重ねた鉄板を圧締し、圧締した鉄板を配置した真空チェンバを真空状態にし、真空状態のままで積み重ねた鉄板に樹脂を適用し、真空チェンバを加圧して樹脂を鉄板間にさらに強制的に侵入させることにより製造される、少なくとも２つの固定子コアモジュールを製造し、ｂ）少なくとも２つの固定子コアモジュールを固定子枠内に挿入し、ｃ）固定子コアモジュールを圧締するステップよりなる固定子コアの組立て方法が提供される。
また、固定子コアモジュールを製造する方法であって、ａ）積み重ねた鉄板を器具により圧締し、ｂ）圧締した鉄板を配置した真空チェンバを真空状態にし、ｃ）真空状態のままで鉄板に樹脂を適用し、ｄ）真空チェンバを加圧して樹脂を鉄板間に強制的に侵入させるステップよりなる製造方法も提供される。
固定子コアの組立て時、選択した数のモジュールを固定子枠内に挿入した後、固定子コアを圧締する。例えば、固定子コアの軸長を延びる通しボルトを挿入して各モジュールと係合させ、固定子コアを保持する力を与える。或いは、円板ばねを固定子枠内に挿入してモジュールを一緒にロックする。これで組立て完了であるが、サイトでの組立て時間を数日節約できると共に、動作特性が改善された固定子コアが得られる。
【図面の簡単な説明】
好ましい実施例の以下の詳細な説明と上記概要は、添付図面を参照して読むとよく理解できる。本発明を例示するために、図面には現在において好ましい実施例を示すが、本発明は図示説明した特定の方法及び装置に限定されない。
図１は、固定子コアに用いる単一の成層体を形成する鋼板の層を示す等角投影図である。
図２は、本発明に従ってモジュール器具に配置した固定子コアのモジュールを示す等角投影図である。
図３は、本発明による固定子コアのモジュール製造法を示すフローチャートである。
図４は、固定子コアのモジュールを固定子枠内に挿入する態様を示す展開破断図である。
好ましい実施例の詳細な説明
同一の参照番号が同一の構成要素を指示する図面を参照して、図１は、本発明により固定子コアを製造するための固定子コアプレート２０の一例を示す。固定子コアプレート２０は鋼板のような鉄板を打ち抜き加工により形成したもので、リング状、例えばリング２４を形成するように円周方向に配置してある。以下において説明するように、各リング２４は多層固定子コアモジュールのうちの単一の成層体を構成する。この固定子コアの例では、これら９個のプレートを並べて単一のリング２４を形成するが、本発明の範囲から逸脱することなく、任意適当な数のプレートの形状を任意所望の直径を有する固定子コアに用いるように決定することができる。以下においてさらに詳説するように、多層固定子コアのモジュールは、各コアプレート２０がその下にあるリング２４の前の層のコアプレート２０と整列するように複数のリング２４を積み重ねて形成する。
図２を参照して、図示のモジュール器具１１には、単一のコアモジュールを形成するのに充分な数のリング２４が積み重ねた状態で配置されている。所望の高さになるまでリング２４を器具１１内に積み重ねることにより、コアモジュール１０を形成する。モジュール器具１１は、頂部圧縮プレート１２、底部圧縮プレート１４、及び圧縮プレート１２、１４の各コーナーに配置した精密スリーブ１６よりなる。各精密スリーブ１６は、鋼材のような実質的に剛性の材料で形成した中空の管である。各管の長さは、完成したコアモジュール１０の高さに正確に合致するように切断されている。ボルト１７をスリーブ１６に通し、締付けナット１９をボルト１７を取付けて、ボルト１７をスリーブ１６内で保持すると、モジュール器具１１に配置したコアモジュール１０を構成する１組のプレートを加圧する機構が提供される。モジュール器具１１の操作中、積み重ねたリング、即ち、１モジュール分のリングを、頂部圧縮プレート１２と底部圧縮プレート１４との間に介在させる。ナット１９を締めると、圧縮プレート１２、１４がスリーブ１４と出会うまで、鋼板の成層体が圧縮プレート１２、１４間で締め付けられる。本発明のモジュール器具１１は、この器具を適当数の層のリングに合わせることによって任意所望のコアモジュール１０の高さに調整することが可能である。例えば、スリーブ１６の長さを変化させ、さらにプレートを増加させると、より高いコアモジュール１０が得られる。
図３は、本発明によりコアモジュール１０を製造する方法のフローチャートである。最初のステップ（３２）は、鋼板２０をリング２４を形成するように配置した後、図２を参照して詳説したようにモジュール器具１１内に積み重ねる。次いで、スリーブ１６が圧縮プレート１２、１４と出会うまで、ボルト１９を締め付けると、コアモジュール１０は周知の業界標準に従って真空圧含浸接着法を施せる状態にある。そのため、次のステップ（３４）において、加圧状態の鋼板２０を配置したモジュール器具１１を真空チェンバ（図示せず）内に配置する。その後、このチェンバを約１乃至２ｍｍＨｇまで真空化する。真空状態が適当なレベルになった後、チェンバを樹脂で満たす（ステップ３６）。その結果、樹脂が積み重ねたリングを循環してリングの層間のギャップに侵入する。その後、（ステップ３８）、チェンバを加圧して、積み重ねたリングの空所内に樹脂をさらに強制的に押し込む。次いで、このユニットをチェンバから取り出し、炉内に配置する（ステップ４０）。炉を樹脂が硬化するまで加熱する。完成したモジュールコア１０を器具から取り外すと、固定子コアを形成できる状態となるが、後で使用するために貯蔵してもよい（ステップ４２）。その結果得られたモジュールコア１０は、動作安定性が改善されただけでなく熱伝導特性が改善されている。
図４を参照して、複数のコアモジュール１０から固定子コアを製造する態様を示す。従来の固定子と同様、固定子６０は固定子枠５０と固定子コア５２とよりなる。しかしながら、従来の固定子とは異なり、固定子６０は、図３を参照して説明した方法により製造されたコアモジュール１０で製造される。固定子を製造する従来の幾つかの方法とは対照的に、固定子コア６０は固定子枠５０内で直接組立てるため、組立てサイトで外部の器具を別個に使用する必要がなく、また積み重ねたモジュールに高圧をかける必要性が軽減される。モジュラー設計の固定子コアの使用により、他の利点も得られる。例えば、コアモジュール１０をあらかじめ組立てた後、固定子を組立てるその時に、コアモジュールを最終的な組立てサイトに移送することができる。その結果、サイトとは異なる所で、より制御された条件のもとで、モジュールをあらかじめ製造することができる。加えて、固定子コア全体を吊り上げて固定子枠内に配置する場合に比べて格段に軽荷重の装置によりコアモジュール１０を吊り上げ、固定子枠内に配置することができる。これらの利点が得られる結果、熱伝達特性及び応力緩和特性を含む動作特性が改善された固定子コアが得られる。加えて、最終的な組立て時間が数日から１日のレベルまで短縮化できる。
固定子コアの組立てを図４を参照して説明する。最初に、固定子枠５０をコアモジュール１０を受入れ可能なような直立の姿勢にする。組立て時、直立姿勢の固定子枠の底部に一時的な組立てベース５６を配置する。このベース５６は、組立て時、固定子枠５０内の適当な位置でコアモジュール１０を支持するために設ける。組立て完了後、このベース５６を取り外す。固定子枠５０を組立て待機状態にした後、選択した数のコアモジュール１０を吊り上げて固定子枠５０内に配置する。選択されるコアモジュールの数は、固定子の所望の長さ及びコアモジュール１０の選択した寸法により異なる。選択したコアモジュール１０を全て固定子枠５０内に適正に配置した後、通しボルト（図示せず）を孔２２を介して固定子コアの軸方向に挿入する。ついで、通しボルトを締めて固定子コア組立体を完成させる。その後、ばね棒５４を締めて固定子コア５２を固定子枠５０に固着させる。そして、固定子６０をタービン（図示せず）に装着できる状態にする。
当業者は、完成した固定子コアを結合させる他の方法が存在することが分かるであろう。例えば、円板ばね及びキーを固定子枠の両端に挿入してモジュールをロックしてもよい。
ここで重要なことは、固定子コアモジュール及び固定子を製造するための上述の方法を用いると、著しい製造上の利点が得られることである。例えば、コアモジュール１０を製造環境で標準型サイズにあらかじめ製造することにより、かかる環境における固有の品質制御の利点を全て得ることができる。それらのコアモジュールは必要に応じて貯蔵するか、固定子の組立て場所へ移送する。さらに、同一のコアモジュールの構成単位ブロックを用いて、種々の長さの固定子を製造することが可能である。所与の長さの固定子を形成するに要するコアモジュールの数をただ選択し、それらコアモジュールを固定子枠内で組立てることにより、固定子の製造工程を標準化することができる。従って、最終的な固定子組立て工程は少数のコアモジュールの組立てよりなるが、現在行われている方法では、何千枚もの鋼板を組立てる必要がある。
本発明は、その精神または本質的特徴から逸脱することなく他の特定の構成で実現可能である。例えば、真空圧含浸法によらずに、鋼板を樹脂で被覆した後加圧してコアモジュールを接着してもよい。従って、本発明の技術的範囲の画定については、上記説明でなくて後記の請求の範囲を参照されたい。

Claims (8)

1. 固定子コアの組立て方法であって、
   ａ）各コアモジュールが、第１の器具により積み重ねた鉄板を圧締し、圧締した鉄板を配置した真空チェンバを真空状態にし、真空状態のままで積み重ねた鉄板に樹脂を適用し、真空チェンバを加圧して樹脂を鉄板間にさらに強制的に侵入させることにより製造される、少なくとも２つの固定子コアモジュールを製造し、
   ｂ）少なくとも２つの固定子コアモジュールを固定子枠内に挿入し、
   ｃ）固定子コアモジュールを圧締するステップよりなる固定子コアの組立て方法。
2. 樹脂はベーキングにより硬化される請求項１の方法。
3. 鉄板は鋼板よりなる請求項１の方法。
4. ステップｃ）の圧締工程は通しボルトを用いる請求項１の方法。
5. 円板プレートを用いることよりなる請求項１の方法。
6. 固定子コアモジュールを製造する方法であって、
   ａ）積み重ねた鉄板を器具により圧締し、
   ｂ）圧締した鉄板を配置した真空チェンバを真空状態にし、
   ｃ）真空状態のままで鉄板に樹脂を適用し、
   ｄ）真空チェンバを加圧して樹脂を鉄板間に強制的に侵入させるステップよりなる製造方法。
7. 樹脂は、適用後積み重ねた鉄板をベーキングすることにより硬化される請求項６の方法。
8. 真空は１乃至２ｍｍＨｇの範囲である請求項６の方法。

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