JPH01295637A

JPH01295637A - 回転電気機械

Info

Publication number: JPH01295637A
Application number: JP63312136A
Authority: JP
Inventors: John Simpson; ジョン・シンプソン
Original assignee: Northern Engineering Industries PLC
Current assignee: Rolls Royce Power Engineering PLC
Priority date: 1987-12-11
Filing date: 1988-12-12
Publication date: 1989-11-29
Anticipated expiration: 2013-04-08
Also published as: ES2051866T3; EP0320252A3; DE3887481D1; JP2739111B2; DE3887481T2; EP0320252A2; US4894573A; EP0320252B1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、全体として水平な回転軸を有し、たとえＦｉ
ＩＭＷまたはそれ以上の定格である大型回転電気機械に
関するものである。

〔従来の技術〕

大型回転電気機械九とえはタービン−発電機セットの発
電機は、固定子鉄心と固定子巻線を直接に、マ九は内側
環状鉄心枠を介して支持する全体として環状の外側ケー
シングを含む固定子構造を、有する（　Ｐｒｏｅ、　Ｉ
ｎ５ｔｎ、　Ｍ＠ｃｈ、　Ｅｎｇｒａ、　Ｖｏｌ、２０
０（１９８６）嵐１３５所載のビー・ニー・マーロウ（
Ｂ、Ａ、　Ｍａｒｌｏｗ）のザｍｌカニｆｌｋ”デｆ’
（７８オプ・ラージ・ターボゼネレータズ（Ｔｈｅ　Ｍ
＠ｃｈａｎｌｃａｌ　　Ｄｓｓｌｇｈ　　ｏｆ　　Ｌａ
ｒｇ＠　Ｔｕｒｂｏｇｅｎ＠ｒａｔｏｒ）Ｊ参照）。各
場合に外部ケーシングまたは鉄心枠は、半径方向内側へ
延びて支えと、鉄心成層板のための場所を構成する支柱
を有する。軸方向の熱膨張と震動を制限するために、時
には貫通ボルトによシー緒に固定される重い端部板が成
層板を比較的高い圧縮力の下で一緒に保持する。

〔発明が解決しようとする課題〕

それらの鉄心を組立てるためＫ、場合に応じて外部ケー
シングまたは鉄心枠をまず製作し、一方の端部板をそれ
にはめとむ。それから、通常１区分されている成層板を
枠の中に個々に落して所定の場所にはめ込むように、そ
れの軸を垂直にし、端部板が１番下になるようにしてそ
れを立てる。

次に１他の端部板を付加し、鉄心成層板を固定してから
鉄心枠を水平位置へ戻し、巻線の取付けを含めた、残夛
の組立作業を行えるようにする。鉄心枠の製作と、その
鉄心枠への鉄心成層板のはめ込みＫは、５００ＭＷの発
電機の場合には通常１６〜２０週間かかるから、製作費
用が大幅に増大するとともに、各種の製作作業中に鉄心
枠を取扱うことができる工場を建設する丸めに多額の資
金を必要とする。

（１１１１！を解決する丸めの手段〕本発明の１つの面に従って、端部板の間に圧縮されて保
持されている成層板で構成された環状鉄心を有する固定
子と、この鉄心内を貫通し、水平軸を中心として回転す
るように装置された回転子とを備える回転電気機械にお
いて、固定子鉄心が上部開放構造体の上にのせられ、そ
の構造体は前記軸を通る垂直平面の両側で鉄心の下方に
向けられた面に係合する支えを有し、それにより、回転
軸に対して横方向に鉄心の成層板を前記支えの上に降ろ
すことによシ、鉄心の成層板を支え構造体上で組立てる
ことができる回転電気機械が得られる。

そのような構造を用いることによシ、製作時間を大幅に
短縮できる。組立場所は側方および上方から接近できる
ように構成でき、それによシ成層板を所定位置に持って
くる作業が簡単になる。固定干支えは回転軸の下側に配
置されて、横断面が正多角形または円形である鉄心の一
部である固定子鉄心の下方に向いた面と協働する。

一般に「ビスケット」と呼ばれている、予め組立てられ
ている成層板の環状パケットを製作することにより、大
型固定子鉄心の組立時間を大幅に短縮することも知られ
ている。こうすることによシ、各成層板を鉄心枠に個々
にはめ込む必要がもはやなくなるから、組立時間を非常
に短縮できる。

しかし、鉄心と鉄心枠の熱膨張が異なるためにかなりの
応力が生ずるという面倒な事が生ずる。そのような熱膨
張の違いは、鉄心を個々の成層板で構成すると比較的容
易に吸収できる。その理由は、成層板が本来完全には平
らでないために、鉄心の九わみ性が高くなるからである
。しかし、予め圧縮され九成層板のパケットで構成され
ているビスケラトははるかに高い熱膨張率を有するから
、その成層板パケットを個々の成層板に代えることは可
能でないことがある。熱膨張による応力を制限するため
に、ビスケットと成層板を混合して用することかできる
が、従来の固定子構造では前記諸欠点が再び生ずる。

しかし、本発明の支え構造体によシ、鉄心はそれの長手
方向に沿って支え構造体に軸方向に係合させられ、かつ
その支え構造体に対して軸方向に変位でき、それにより
鉄心と支え構造体の間で軸方向の相対的な熱運動を自由
に行うことができるように鉄心を装着することができ、
それＫよシその問題が解消される。

そのような構造はより一般的に用いることができ、かつ
本発明の別の面に従って、支え構造体と、この構造体上
の固定子と、この固定子内を延長し、水平軸を中心とし
て回転するように装着された回転子とを備え、固定子は
その中を回転子が延長するような環状鉄心を有し、かつ
固定子の端部板の間に圧縮固定されて保持される鉄心成
層板を有し、固定子巻線は鉄心内に装着され、鉄心はそ
れの長手方向に沿って支え構造体に、軸方向に係合させ
られ、かつその支え構造体に対して軸方向に変位でき、
それによシ鉄心と支え構造体の間で軸方向の相対的な熱
運動を自由に行うことができるように鉄心を装着するこ
とができ、固定子巻線は、巻線と鉄心の間を機械の軸方
向に相対的な熱運動を行えるようにする手段により保持
される、回転電気機械が得られる。

熱運動を自由に行えるようにするという概念は、支え構
造体と、この構造体上の固定子と、この固定子内を貫通
し、水平軸を中心として回転するために装着される回転
子とを備え、固定子は環状鉄心を有し、その環状鉄心内
を回転子が馬長し、固定子は軸方向に一緒に固定される
鉄心成層板を有し、鉄心は、端部巻線支えＫよシ保持さ
れる鉄心の両端部から軸方向へ延びる固定子巻線を保持
し、巻線は、鉄心との間で鉄心の軸方向に相対的な熱運
動を行えるようにして鉄心内に装着され、前記端部巻線
支えは、固定子の長手方向に蔦びる張力要素上に設けら
れて、第１の固定要素群と第２の固定要素群を支持し、
第１の固定要１ｇ群は張力要素の端部上に端部巻線支え
を固定し、第２の固定要素群は前記端部巻線支えの間に
、それらの巻線支えから隔てられて鉄心成層板を固定し
、前記第２の固定要素群は前記軸方向固定圧力を鉄心の
成層板に加え、固定子の一端において前記第１の固定要
素群と前記第２の固定要素群の間で相対的な軸方向運動
を行えるようにするために、ばね手段は張力要素の上に
設けられる回転電気機械によシ実現される。

巻線と鉄心の間を軸方向に熱運動できるようにするため
のこの構造は、他の従来の回転電気機械において用いる
ことができる。すなわち、鉄心とそれの支え構造体の間
に相対的な熱運動を行えるようにするための手段が設け
られているかどうかとは無関係に用いることができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

図は支え構造体１２と、この構造体の上に支持され丸環
状固定子鉄心１４と、鉄心内を延長し、水平軸１８ｆ、
中心として回転するために軸受（図示せず）によシ支持
される回転子１６と、それらの固定子と回転子を納める
、流体に対して密なハウジング２０とを有する発電機１
０が示されている・支え構造体１２はベース部材２２を有し、このベース部
材の上に２本の支持ビーム２４の態様の固定された直立
部材が固定される。各ビームが発電機の中心軸方向平面
の各側に、回転軸に平行に、鉄心１４の全長にわたって
延長する。鉄心の横断面は正多角形であって、その横断
面の下へ向いている２つの面がビーム２４のトップウェ
ブ２８の上にのり、ポリテトラフルオロエチレンのよう
な低摩擦物質３０によりそれらから分離される。軸方向
に隔てられている２つの鉄心支持クレードル３２もベー
ス部材２の上に取付けられる。各クレードル３２は鉄心
１４に向き合う輪郭を有する。

それは鉄心１４の反対側の周辺領域に全体として一致す
る形を有する。しかし、それらと鉄心の間に通常は狭い
間隙があることが好ましい。

鉄心１４は２枚の端部板３４．３６を含み、それらの端
部板の間に、予め組立てられた鉄心成層板の複数のビス
ケット３８（個々には示していない）が固定される。固
定圧は、鉄心の成層板の周辺部のくぼみ４２と、端部板
の大々を軸方向に延長する連結ボルト４０により加えら
れる。鉄心の両端においてボルト４０にナツト４４が締
付けられる。ボルトと成層鉄心の間の鉄心の軸方向の熱
運動の違いを吸収するために、ナツトと端部板３６の一
端の間にばね４６が設けられる。この相対運動の抑制が
、ボルトに対して適切な半径方向の間隙を設け、すペシ
面上の求められている場所に低摩擦材料を用いることに
より、最少限にされる。

連結ボルト４０は固定子鉄心の両端をこえて延長する。

それらのボルトの終端部分は、円錐台形端部巻線支え５
４．５５を取付けるために用いられる。それらの巻線支
えは、ポル）４０の端部にねじ合わされる別のナツト４
４によシ、端部板３４゜３６から隔てて固定される。鉄
心のスロットの中に保持されている固定子巻線５８が鉄
心の端部から延長し、それらの巻線の端部巻線がクラン
プ６０により支え５４．５６上に固定される。巻線５Ｂ
の材料とポル）４０の材料は、両者の間で相対的な熱運
動を行えるように設・計するためには不必要であるよう
に選択できる。たとえば、鋼巻線の熱膨張率は１７Ｘ１
０　７℃であシ、その場合には、熱膨張率が１８Ｘ１０
／Ｃであるオーステナイト鋼製のボルトを使用できる。

鉄心の端部板３４．３６は下側延長部３４１，３６８を
それぞれ有する。それらの延長部はビーム２４の間に自
由にすべるようにはめこまれる。端部板を所定の場所の
中に降ろすことができるように、それらの延長部の側方
は垂直または下方ヘテーパーを成すことが好ましい。鉄
心の一方の端部板３４が支持構造体１２の上に軸方向に
固定される。このために、端部板にはキー６２が一体に
形成される。そのキーはベース部材２２のスロット６４
の中に挿入される。また、端部板は、たとえばボルト止
めされ九プラケット（図示せず）または溶接によシ、ビ
ーム２４へ固く係止される。鉄心の残りは熱の作用の下
にビーム２４上で軸方向に自由に伸縮する。低摩擦の物
質が鉄心とともに滑って、成層板の縁部に損傷を加える
ことがないように１鉄心の面に固定することが好ましい
。連結ボルトに対するそのような動きは、ばね４６が設
けられているために、可能である。固定子巻線と鉄心の
間でも軸方向の動きが可能である。固定子巻線は端部巻
線支えにより、鉄心自体の軸方向の動きとはほぼ独立に
配置される。固定されている端部板３４０近くの端部巻
線支え５４において、固定子端部巻線が、外部導体（図
示せず）へ公知のやり方で接続するコネクタ（図示せず
）ｔで延びる。

それらの構成によシ、鉄心の構成にビスケットが用いら
れて、鉄心不休の熱膨張が大きくなるが、巻線に加えら
れる軸方向の力は最小にされる。

固定子鉄心が、電気機械の運転中に電磁力から生ずるト
ルクに影響されることなく、支持スライダの上に安定に
のることができるように、固定子鉄心の質量は十分に大
きくできる。端部板から離れている鉄心の自由端部の同
様な上昇が鉄心の質量によシ抵抗される。鉄心の多角形
横断面と、それに向き合う支え構造体の合致する輪郭、
とくにクレードル３２、屯ちろん、鉄心がそれの軸を中
心として回ろうとする傾向に抗する。端部板の延長部３
４ｍ、３６ａＫよって、回転および上昇に対する局部的
な抵抗も行うことができる。また、そのような動きに対
して鉄心の長手方向に沿って確実な抑制を行うキー手段
を設けることが好ましい。

クレードル３２のキー溝と、ビスケットの〈埋み４２の
間を延長する軸方向のキー６６が示されている。それら
のくほみは端部板３４．３６の中に延長する。更に、ま
たは、あるいは、軸方向に移動できる端部板３６は一対
のくさび形キー溝１２を有する。それらのキー溝は、端
部板３６が鉄心の軸方向の動きを導くように、ビーム２
４の向き合う測面に固定されている鳩の尾形のキーブロ
ックＴ４を受ける。

端部巻線支え５４．５６の外周部はビーム２４へ滑るこ
とができるようにして係合することもでき、おそらくビ
ームによシ支持される。これ、および固定子鉄心から隔
てて端部巻線支えを設けることによシ、巻線５８を鉄心
４１の軸方向の動きから分離し、かつ震動を制御するこ
とを助けることができる。支え５４は更に、または、あ
るいは端部板３４に接触させることができる。

端部板３４．３６と鉄心ビスケット３８を水平支持ビー
ム２４上の位置へ降ろすことによυ、固定子を支え構造
体１２の上で組立てることができる。この組立は、支え
構造体１２の両側と上から開かれた入口があ勺、鉄心の
組立てられた要素が連結ボルトによシー緒に固定される
、という事実により容易にされる。また、鉄心を組立て
るために、支え構造体の上で個々の環状成層板を組立て
ることも可能である。もつとも、この場合には組立時間
が長くなる。それから、固定子巻線端部環５４．５６　
を貫通ボルトの端部に固定できる。巻線５８は組立てら
れた鉄心のスロットの中に挿入され、それらの巻線の端
部は端部環へ固定され、鉄心巻線へ電気的に固定される
。

固定子の、冷媒循環手段（図示せず）のようなその他の
部品を、鉄心の組立の前または後に、所定の場所に置く
ことができる。鉄心成層板はもちろん別の整列されたス
ロット、穴等を有する。それらのスロット、穴等は冷却
液を流すためのものである。循環する冷却液のための冷
却器は都合の良い任意の場所、たとえばハウジング内部
の鉄心に沿って、かつクレードルの間と、中央クレード
ル３２と端部板３４の間、に設けることができるし第２
図に１点鎖線で示されている。

運転中に、回転子による固定子の電磁励起から起る固定
子の震動を減衰させるために、適切な場所、たとえば、
鉄心と低摩擦物質３００間、および固定されている端部
板３４と固定子鉄心の本体の間に、ゴムその他の適当な
減衰材料製の挿入物（図示せず）を置くことができる。

また、鉄心とベース部材２２の間に公知の防震装置を連
結できる。ハウジングと回転子軸受を固定子の震動から
できるだけ分離させるために、ハウジング２ｏと回転軸
受を、ベース部材２２が取付けられる基礎の上に直接取
付けることが好ましいことがある。

ここで説明している例においては、ハウジング２０は、
固定子の端部の向うに設けられる回転子軸受（図示せず
）とともにベース部材２２に取付けることができる。し
たがって、全てを完備したユニットとして発電機を動か
すことが可能である。

そのために、クレードル３２は上昇軸受のための取付は
点Ｔ８を有する。その取付は点１８へは、板８０によシ
通常はふさがれているノ・ウジフグ穴を介して接近でき
る。発電機がそれらの取付は点からつるされている時は
、組立てられた鉄心からかなりのスチフネスを得ること
がわかるであろう。

これは、鉄心が大きな構造部材として機能する点で、こ
の構造の別の独特の特徴を示す。

以上説明した構造は本発明の要旨範囲内で変更できる。

たとえば、連結ポル）４Ｇが鉄心の本体の周辺部の開放
スロット内を通っている様子を示したが、鉄心１４の外
径より大きいピッチ円上にそれらのボルト４０を配置で
き、端部環３４．３６と端部巻線支え５４．５６にはボ
ルトを受ける穴あき半径方向ラグが設けられる。それら
のボルトは異なる直径のピッチ円上に配置することもで
きる。

支え構造体１２に対する鉄心１４の係止は鉄心の端部で
ある必要はない。鉄心を他の所に係止することにより、
たとえば、それの長手方向の中間部に取付けることによ
シ、両端を軸方向に自由に動けるようにできる。更に、
鉄心の係止をいくつかのやり方で行うことができる。た
とえば、ベース部材２２と、鉄心の中間部の成層板の外
周部とに形成されているそれぞれのキー溝にキーを挿入
でき、鉄心の固定されている端部を支持するために第３
のクレードル３２が設けられる。あるいは、鉄心のその
端部の近くで第３のクレードル３２と一体にキーを形成
できる。そのキーは鉄心成層板の外周部に設けられたキ
ー溝に挿入される。

たとえば、発電機の励磁機と回転子軸受を支持するため
に１第３図には支持ビーム２４が鉄心をこれて延びてい
る様子が示されている。しかし、ビーム２４ｆ、用いな
いことも可能である。あるいは、クレードル３２により
支持されている側壁の上にのっている軸受ブロックの上
に鉄心が装着される。その側壁は潤滑され、または低摩
擦の物質に向き合わされる。別の実施例としては、クレ
ードル３２は鉄心へ固定され、それ自体側壁内を滑る。

また、鉄心は、軸方向にたわむことができる比較的薄い
支えの上に取付けられる。更に、図示の実施例に良く似
ているが、軸方向に膨張できるように鉄心をローラー上
に取付けることができる。

鉄心の外部横断面は図の１２面体に限定されず、円形に
もできる。

以上、回転電気機械として発電機を説明したが、本発明
は電動機にも同様に応用できることがわかるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の電気機械の固定子／回転
子組立体の側面図および端部図をそれぞれ示すもので、
第１図は第２図の１−１線に沿う部分断面図、第２図は
第１図の■−■線に沿う部分′断面図、第３図は固定千
支えの概略を示す斜視図である。１０・・・・発電機、１２・・・・支え構造体、１４・
＋１−−固定子鉄心、１６・拳・・回転子、２２・・・
・ペース部材、２４１１・・・支持ビーム、３０・・・
・低摩擦物質、３２・・・・クレードル、３４．３６・
・・・端部板、４０−・・・ボルト、５４，５６・・・
・巻線支え、６０・・・・クランプ、５Ｂ拳・尋・巻線
。特許出願人　　ノーザン・エンジニアリング・インダス
トリーズ・ビーエルシー代　理　人　山　川　政　樹（ほか２名）平成　　年　
　　月　　　日特許庁長官殿　　　　　　　　　　　１−４．２７１、
事件の表示 μｓ脚６３年特　　許願第３１２１３６号２、撚口０の
名称６転Ｆ＠気粋１校３、補正をする者事件との関係　　　　特　　　　許出願人補正命令乏□の日付　　　　：年　３月２！：ｇ日と、補正の対
象

Claims

【特許請求の範囲】

（１）端部板の間に圧縮されて保持されている成層環状
鉄心を有する固定子と、この鉄心内を貫通し、水平軸を
中心として回転するように装置された回転子とを備える
回転電気機械において、鉄心組立体のために上部開放構
造体が設けられ、その構造体は前記軸を通る垂直平面の
両側で鉄心の下方に向けられた面に係合する支えを有し
、それにより、構造体を水平にして鉄心の成層板を前記
支えの上に降ろすことにより、鉄心の成層板を構造体上
で組立てることができることを特徴とする回転電気機械
。
（２）支え構造体と、この構造体上の固定子と、この固
定子内を延長し、水平軸を中心として回転するように装
着された回転子とを備え、固定子はその中を回転子が延
長するような環状鉄心を有しその鉄心は軸方向に一緒に
固定された成層鉄心で構成され、鉄心は巻線を支持し、
その巻線は鉄心の両端の端部巻線支えにより支持されて
、その両端から軸方向に延長する、回転電気機械におい
て、巻線は鉄心との間で相対的な熱運動を行えるように
して鉄心内に装着され、前記端部巻線支えは、固定子の
長手方向に延長している張力要素上に装着されて、第１
の固定要素群と第２の固定要素群を支持し、第１の固定
要素群は張力要素の端部上に端部巻線支えを固定し、第
２の固定要素群は前記端部巻線支えの間に、それらの巻
線支えから隔てられて鉄心成層板を固定し、前記第２の
固定要素群は前記軸方向固定圧力を鉄心の成層板に加え
、固定子の一端において前記第１の固定要素群と前記第
２の固定要素群の間で相対的な軸方向運動を行えるよう
にするために、ばね手段は張力要素の上に設けられるこ
とを特徴とする回転電気機械。
（３）支え構造体と、この支え構造体の上の固定子と、
この固定子内を貫通し、水平軸を中心として回転するた
めに装着される回転子とを備え、固定子は環状鉄心を有
し、そこの環状鉄心内を回転子が延長し、固定子はそれ
の端部板の間に圧縮されて保持される鉄心成層板を備え
、固定子巻線は鉄心中に装着される回転電気機械におい
て、鉄心はそれの長手方向に沿う場所において支え構造
体に軸方向に係合させられ、かつその支え構造体に対し
て軸方向に自由に変位でき、それにより鉄心と支え構造
体の間で軸方向の相対的な熱運動を自由に行うことがで
き、固定子巻線は、巻線と鉄心の間の機械の軸方向の相
対的な熱運動を許す手段により保持されることを特徴と
する回転電気機械。