JP6215381B2 - 発電機用ステータコアの振動防止装置 - Google Patents

Description

本発明は、発電機用ステータコアの振動防止装置に関する。より詳細には、コアの長さおよび外径の変更に能動的に対応できる発電機用ステータコアの振動防止装置に関する。

一般的に、発電機は、電磁誘導作用を利用して機械的なエネルギーを電気エネルギーに変換させる装置であり、導体が磁場内で回転運動をする時に電力を起こす原理を利用した装置である。このような発電機は、冷却媒体として水素ガスと水を使用し、埃や湿気の侵入防止と水素ガスの漏洩を防止するために完全密閉構造からなる。

発電機内部の通風は、回転子のロータ軸に取り付けられたファンによる閉鎖循環方式により行われ、水素ガスの冷却のために冷却器が内蔵されている。また、固定子のステータの両端には、ロータベアリングおよび軸密封設備が設けられる。

ステータは、大きく、外観を形成するフレームと、ステータコイルと、ステータコイルが巻線されるステータコアとに区分される。ステータコアは、ロータから発生する磁束に対する低抵抗通路を提供すると同時に、ステータコイルを支持する機能を有する。

ステータフレームは、ステータコア、回転子、クーラ、高圧ブッシングなどの各構成品が本来の機能を果たせるように空間を提供する構造物で、発電機の骨組みの機能をする。

ステータフレームに備えられる固定物のうち、キーバー（Ｋｅｙ Ｂａｒ）は、ステータコアおよびコアの積層時に積層重量を支持する役割を果たし、特開２００２−２０４５３９号に開示されたような構造を有する。キーバーの設置時には、定盤を用いてキーバーの高さを合わせた後、クレーンを用いて１つずつ定位置に結合させる方式で固定子コイルと結合される。

従来のキーバーは、フレームの内側面で溶接、固定された状態で結合され、キーバーにステータコアを挟みながら積層する構造で組立てられた。しかしながら、キーバーとステータコアとが密着結合されても、ロータの回転時に発生する磁力によって、キーバーとステータコアとが引き寄せ・引き離しを繰り返すことにより多くの騒音が発生し、振動もさらに大きくなるなどの問題がある。

また、従来は、キーバーがラウンド形態で構成されているため、コアの長さや外径、接線剛性などが変更されると、全く新たに設計して結合構造を変更しなければならない問題がある。

特開２００２−２０４５３９号（公開日２００２年７月１９日）

本発明の目的は、コアの長さおよび外径の変更に能動的に対応できる発電機用ステータコアの振動防止装置を提供することである。

上記の技術的解題を解決するために、本発明の一側面によれば、発電機用ステータコアの振動防止装置は、ステータコアの外周面を囲む形態で設けられ、前記ステータコアを支持するリング状の締結バンドと、前記締結バンドに結合され、前記ステータコアと結合される複数のキーバー（ｋｅｙ ｂａｒ）と、前記締結バンドに連結され、前記ステータコアの直径方向および外周方向の少なくともいずれかの振動を低減する複数の弾性部とを備え、前記締結バンドは、直径が拡張可能である。

前記締結バンドに移動可能に結合され、前記複数のキーバーに結合される複数の支持ブロックをさらに備え、前記支持ブロックと前記弾性部とは、交互に配置されてよい。

前記ステータコアの長さに応じて、前記複数のキーバーおよび前記複数の弾性部の個数が可変であってよい。

前記複数のキーバーは、隣り合うキーバーとの間隔が調節可能に設けられてよい。

前記複数の弾性部は、前記ステータコアの直径方向および外周方向の振動を絶縁してよい。前記複数の弾性部は、隣り合う弾性部との間隔が調節可能に設けられてよい。

前記複数の弾性部が結合支持される複数のセクションプレートをさらに備え、前記複数の弾性部は、前記複数のセクションプレートの内周面に結合されるプレート結合部と、前記締結バンドの外周面に結合されるバンド結合部とを有する。

前記複数の弾性部は、前記ステータコアの外径に応じて、前記プレート結合部の長さが可変してよい。

前記複数のセクションプレートは、前記ステータコアの換気構造に応じて、空気または水素ガスの流入部および排出部を区画してよい。

前記弾性部は、前記複数のセクションプレートそれぞれに設けられてよい。

前記弾性部は、前記複数のセクションプレートに選択的に設けられてよい。

また、本発明の他の一側面によれば、発電機用ステータコアの振動防止装置は、ステータコアの直径に応じて可変可能な直径を有し、前記ステータコアの外周面に結合され、前記ステータコアを支持するリング状の締結バンドと、前記締結バンドに結合され、前記ステータコアと結合される複数のキーバー（ｋｅｙ ｂａｒ）と、前記締結バンドに連結され、前記ステータコアの直径方向および外周方向の少なくともいずれかの振動を低減する複数の弾性部とを備え、前記ステータコアの長さに応じて、前記キーバーと前記弾性部の間隔が可変可能である。

前記複数の弾性部は、前記ステータコアの直径方向および外周方向の振動を絶縁してよい。前記ステータコアの外径が基準外径より大きくなると、前記締結バンドを拡張するにつれて前記弾性部の長さが短くなってよい。

前記キーバーと前記弾性部とは、交差配置され、前記ステータコアの長さに応じて、前記キーバーおよび弾性部の個数が可変してよい。

前記ステータコアの長さが増加すると、前記キーバーおよび前記弾性部の個数を増加させてよい。

前記ステータコアの長さが減少すると、前記キーバーおよび前記弾性部の個数を減少させてよい。

前記締結バンドの外側に配置され、前記弾性部が結合支持される複数のセクションプレートをさらに備えてよい。

前記複数のセクションプレートは、前記ステータコアの換気構造に応じて、水素ガスの流入部および排出部を区画し、前記弾性部は、前記複数のセクションプレートの一部または全部に選択的に設けられてよい。

本発明の一実施形態に係る発電機用ステータコアの振動防止装置は、コアの長さおよび外径が変更されても、変更された構造に適用可能なため、新たに設計して結合構造を変更する必要がなく、構造的安定性を維持しながら、多様な容量帯の発電機の設計が可能であるという利点がある。また、ステータコアの直径方向の振動と接線方向の振動をすべて制御可能で、より高い動的安定性を確保することができる効果がある。

本発明の一実施形態に係る発電機用ステータコアの振動防止装置を示す斜視図である。 図１による発電機用ステータコアの振動防止装置の正面図である。 本発明の一実施形態に係る発電機用ステータコアの振動防止装置の設置例を示す図である。 発電機用ステータコアの振動防止装置の他の設置例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る発電機用ステータコアの振動防止装置について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る発電機用ステータコアの振動防止装置を示す斜視図であり、図２は、図１による発電機用ステータコアの振動防止装置の正面図である。

ステータは、大きく、外観を形成するステータフレームと、ステータコア１０と、コイル巻線部とを含み、コイル巻線部にステータコイルが巻かれる。

ステータコア１０は、パンチング（Ｐｕｎｃｈｉｎｇ）と、内部空間ブロック（ＩＳＳＢ：Ｉｎｓｉｄｅ Ｓｐａｃｅ Ｂｌｏｃｋ）および外部空間ブロック（ＯＳＳＢ：Ｏｕｔｓｉｄｅ Ｓｐａｃｅ Ｂｌｏｃｋ）とから構成される。パンチングは、磁束に対する低抵抗通路を提供し、内部空間ブロックは、冷媒である水素ガスの循環通路の役割を果たす。外部空間ブロックは、フランジのクランピング圧（Ｃｌａｍｐｉｎｇ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を伝達し、水素ガスの循環通路の役割も並行する。

一般的に、ロータの回転によって発生する磁力は、ステータコア１０に振動を引き起こす。本実施形態では、ステータコア１０の振動を低減すると同時に、コアの長さおよび外径が変更されても、構造の変更なしに適用可能な発電機用ステータコアの振動防止装置を提供する。

図１および図２に示されているように、本発明の一実施形態に係る発電機用ステータコアの振動防止装置１００は、所定の幅を有するリング状のバンドである。

振動防止装置１００は、ステータコア１０の外周面で円周方向に沿ってステータコア１０を囲む形態で設けられる（ステータコアは図３を参照）リング状の締結バンド１１０と、締結バンド１１０を連結する連結部１１２とを含んで構成される。締結バンド１１０の内周面には複数のキーバー（ｋｅｙ ｂａｒ）１３０が一体に形成され、締結バンド１１０の外周面には複数の弾性部１５０が結合される。締結バンド１１０の外周面と所定間隔離隔して、セクションプレート１７０が備えられる。

締結バンド１１０は、リング状の一側が分離された形態であり、分離された部分が連結部１１２によって固定されて連結されたリング形状となる。連結部１１２は、締結バンド１１０の分離された端部がそれぞれ挿入されるブロック形状で、キーバー１３０を支持する支持ブロック１３２と同じ形状に形成されることが好ましい。連結部１１２が締結バンド１１０の分離された端部に結合された状態で、締結ボルトでこれらを相互連結して固定した後、連結部１１２にキーバー１３０が結合される。

複数個のキーバー１３０が、締結バンド１１０の内周面に設けられ、支持ブロック１３２に溶接などで結合される。キーバー１３０は、締結バンド１１０の幅より小さい幅を有するバー（ｂａｒ）形状で、支持ブロック１３２に結合される部分は、横断面が円形、四角形、ダブテール形状などで実現されてもよい。支持ブロック１３２から露出してステータコア１０に向かう部分は、横断面が円形、四角形、ダブテール形状などで実現されてもよい。

支持ブロック１３２は、四面体のブロック形状で、中空が形成され、締結バンド１１０が中空を貫通することによって、締結バンド１１０に挿入される。したがって、支持ブロック１３２は、締結バンド１１０の外周方向に沿って移動が可能である。支持ブロック１３２は、隣り合う他の支持ブロック１３２との距離が調節可能に設けられ、各支持ブロック１３２の間には弾性部１５０が配置される。

弾性部１５０は、セクションプレート１７０の内周面に結合されるプレート結合部１５２と、締結バンド１１０の外周面に結合されるバンド結合部１５４とから構成される。弾性部１５０は、支持ブロック１３２と交互に配置され、支持ブロック１３２と同様に移動可能に結合される。これにより、隣り合う弾性部１５０との距離や、隣り合う支持ブロック１３２との間隔を調節することができる。

プレート結合部１５２には、セクションプレート１７０の幅に対応する「逆コ」状の溝が形成され、溝がセクションプレート１７０の内周面に圧入されてセクションプレートに結合される。プレート結合部１５２は、溝とセクションプレート１７０とが締まり嵌め方式で結合されてもよく、あるいは、セクションプレート１７０に着脱可能に結合されてもよい。

図面に詳細に示していないが、プレート結合部１５２は、長さが可変に実現されることが好ましい。プレート結合部１５２の長さとは、ステータコア１０の直径方向に対応する長さを意味し、ステータコア１０の外径の変化に対応できるように、プレート結合部１５２の長さが可変に実現されることが好ましい。プレート結合部１５２の長さを可変に実現する方法は多様であってよく、いずれか１つの実施形態に特定されない。

一例として、従来は、９３インチの直径のステータコアを支持するための構造と、９４インチの直径のステータコアを支持するための構造とが全く異なって設計されていたが、本実施例の振動防止装置１００による締結バンド１１０は、９２〜９５インチの直径のステータコアを同じ設計条件で支持することができる。

バンド結合部１５４には、締結バンド１１０の幅に対応する「逆コ」状の溝が形成され、溝に締結バンド１１０の外周面が圧入されてバンド結合部１５４と締結バンド１１０とが結合される。バンド結合部１５４は、溝と締結バンド１１０とが締まり嵌め方式で結合されてもよく、あるいは締結バンド１１０に着脱可能に結合されてもよい。

前述した構成により、ステータコア１０の直径が増加して外径が大きくなったとしても、弾性部１５０の長さを調整することによって、ステータコア１０の外径の増加に対応できる。また、ステータコア１０の長さが増加する場合には、弾性部１５０の個数を増加させることによって、ステータコア１０の長さの変化に対応できる。

図２に示されているように、ステータコア１０には、直径方向に沿って放射状に振動が発生し得、外周面の接線方向に沿っても振動が発生し得る。しかしながら、振動防止装置１００の弾性部１５０が、ステータコア１０を支持する締結バンド１１０とセクションプレート１７０との間を離隔した状態で支持するため、ステータコア１０の直径方向に発生する振動に対応できる。

また、複数の弾性部１５０が締結バンド１１０を支持しているため、外周面の接線方向に沿って発生する振動にも対応が可能である。したがって、ステータコアの設置時よりも高い動的安定性を実現することができるという利点がある。

以下、このような構成を有する本発明の一実施形態に係る発電機用ステータコアの振動防止装置の設置例を説明する。

図３は、本発明の一実施形態に係る発電機用ステータコアの振動防止装置の設置例を示す図であり、図４は、発電機用ステータコアの振動防止装置の他の設置例を示す図である。

セクションプレート１７０は、ステータコア１０の換気（ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）構造に対応して、水素ガスが流入または排出される流入部と排出部とを区画する。この時、図３に示されているように、すべてのセクションプレート１７０に弾性部１５０を備えた結合構造を適用することができる。すべてのセクションプレート１７０に当該構造が適用されると、すべてのセクションプレート１７０は、弾性部１５０および締結バンド１１０の間の結合構造によってステータコア１０に連結される。

あるいは、図４に示されているように、設計上の必要に応じて、一部のセクションプレート１７０には弾性部１５０が備えられた結合構造を適用せず、残りのセクションプレート１７０にのみ弾性部１５０の構造を適用してもよい。この場合、一部のセクションプレート１７０はステータコア１０に連結されず、残りのセクションプレート１７０のみがステータコア１０に連結される。

これは、すべてのセクションプレート１７０に弾性部１５０が結合された構造を適用しなくても振動絶縁機能を十分に果たせるため、一部のセクションプレート１７０は、簡単な構造で構成されても構わないからである。このような構造の単純化により、作製性を向上させ、価格競争力を確保することができるという利点がある。

上記で説明され図面に示された本発明の一実施形態は、本発明の技術的思想を限定すると解釈されてはならない。本発明の権利範囲は、特許請求の範囲に記載された事項によってのみ制限され、本発明の技術分野における通常の知識を有する者は本発明の技術的思想を多様な形態に改良および変更することが可能である。したがって、このような改良および変更が通常の知識を有する者に自明である限り、本発明の権利範囲に属する。

１０・・・ステータコア、１００・・・振動防止装置、１１０・・・締結バンド、１１２・・・連結部、１３０・・・キーバー、１３２・・・支持ブロック、１５０・・・弾性部、１５２・・・プレート結合部、１５４・・・バンド結合部、１７０・・・セクションプレート

Claims (12)

1. ステータコアの外周面を囲んで設けられ、前記ステータコアを支持するリング状の締結バンドと、
   中空を有し、前記締結バンドが前記中空を貫通することによって前記締結バンドの外周方向に沿って移動可能に前記締結バンドと結合される複数の支持ブロックと、
   前記締結バンドの内周面に設けられ、前記複数の支持ブロックに結合され、かつ前記ステータコアと結合される複数のキーバー（ｋｅｙ ｂａｒ）と、
   前記締結バンドに連結され、前記ステータコアの直径方向および外周方向の少なくともいずれかの振動を低減する複数の弾性部と、
   前記複数の弾性部が結合支持されるセクションプレートと、
   を備え、
   前記締結バンドは、直径が拡張可能であり、
   前記複数の支持ブロックと前記複数の弾性部とは、交互に配置される、発電機用ステータコアの振動防止装置。
2. 前記ステータコアの長さに応じて、前記複数のキーバーおよび前記複数の弾性部の個数が可変する、請求項１に記載の発電機用ステータコアの振動防止装置。
3. 前記複数のキーバーは、隣り合うキーバーとの間隔が調節可能に設けられる、請求項１または２に記載の発電機用ステータコアの振動防止装置。
4. 前記複数の弾性部は、隣り合う弾性部との間隔が調節可能に設けられる、請求項１から３の何れか１項に記載の発電機用ステータコアの振動防止装置。
5. 前記複数の弾性部は、前記セクションプレートの内周面に結合されるプレート結合部と、前記締結バンドの外周面に結合されるバンド結合部とを有する、請求項４に記載の発電機用ステータコアの振動防止装置。
6. 前記複数の弾性部は、前記ステータコアの外径に応じて、前記プレート結合部の長さが可変する、請求項５に記載の発電機用ステータコアの振動防止装置。
7. 前記セクションプレートを複数備え、
   前記複数のセクションプレートは、前記ステータコアの換気構造に応じて、空気または水素ガスの流入部および排出部を区画する、請求項１から６の何れか１項に記載の発電機用ステータコアの振動防止装置。
8. 前記弾性部は、前記複数のセクションプレートそれぞれに設けられる、請求項７に記載の発電機用ステータコアの振動防止装置。
9. 前記弾性部は、前記複数のセクションプレートに選択的に設けられる、請求項７に記載の発電機用ステータコアの振動防止装置。
10. 前記ステータコアの長さが増加すると、前記キーバーおよび前記弾性部の個数を増加させる、請求項２に記載の発電機用ステータコアの振動防止装置。
11. 前記ステータコアの長さが減少すると、前記キーバーおよび前記弾性部の個数を減少させる、請求項２に記載の発電機用ステータコアの振動防止装置。
12. 前記複数の弾性部が、前記締結バンドの外側に配置される、請求項１から１１の何れか１項に記載の発電機用ステータコアの振動防止装置。

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