JPH0695822B2 - ステータ取付装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は概略、機械電気変換器に関し、より特定すれ
ばこの種の機械のステータ組立体を周囲ハウジング内に
位置させ、取付ける改良させた構成に係わる。

〔従来の技術〕

特に発電用に高速作動を実現するのに、過去に誘導型機
械電気変換器が用いられてきた。このような変換器は一
般的にコイルレスロータを囲むAC電機子とDC励磁コイル
を含む固定子を特徴としてる。この種の機械電気変換器
においては、回転磁界又は電機子コイルがないので、回
転巻線を有する機械に共通するスリップリング、ブラシ
及び関連の接続体が全く排除される。機械のロータの一
般的固定構造に関連するこの特徴により、誘導機が特に
高速回転適用物に適している。

誘導型機械電気変換器の一つの公知のものでは横軸極磁
気ロータを含有する略筒状磁界コイルを囲むＣ型又はＵ
型電機子素子の周辺配置構造を使用している。米国特許
第437,501号及び第2,519,097号及び第3,912,958号明細
書にはこの一般構造の初期の機械が記載されている。こ
の種の機械では一般的にステータの個々の構成部材を直
接囲むフレーム取付器材を使用しており、この構造に付
随する欠点が避けられない。

この種の誘導型機械のより最近のものが、ジェームス・
ジェー・グラント外名義で1988年11月22日付交付された
共有の米国特許第4,786,834号明細書に記載されてい
る。そこに記載された改良点は界磁巻線と電機子素子を
内側から支持し、電機子素子を正確に位置させるスプー
ル状支持構成体を包含する。スプール状構成体は非磁性
材料で作られ、長手軸周囲を同心的に延在する中空細長
状中央部分を有する。この中央部分は界磁コイルを支持
し、内部長手方向通路を形成して、共軸のロータを挿入
させる。中央部分の各端部でエンド部分が半径方向外側
に延在している。各エンド部分は好ましくはその半径方
向の外側表面に半径方向に向いた溝を備えている。溝は
スプール状構成体の周囲に周方向に配分されたパターン
に並べられた略Ｕ型電機子コア部材の脚部を受容し、位
置づけするように配列される。スプール状構成体のエン
ド部分は軸方向に離間し、半径方向に延在し、各エンド
部分の外面の溝は角度的に離間して電機子部材を三つの
直交方向に位置づける。この最近開発され、高く評価さ
れた機械電気変換器の他の特徴、態様、利点、効果が米
国特許第4,786,834号明細書に詳細に記載され、その記
載はここに引用して含めるものとする。

先の米国特許第4,786,834号明細書記載のスプール状ス
テータ支持構成体はハウジング又はフレーム内がエンド
部分延長体又はスポークが半径方向の中心をなし、スプ
ール状構成体のエンド部分とハウジングのエンドシール
ドの間に位置したスペーサが軸方向の中心をなしてい
る。ステータ組立体はハウジング内に締まりばめされ
た。これはハウジングを加熱し、それを熱膨張させ、ス
テータ組立体を挿入し、次にハウジングを冷却し、収縮
してステータ組立体の周りに締まりばめすることにより
達成された。

〔発明が解決しようとする課題〕

この設置方法は変換器の容易な組立及び取脱しを可能と
するが、幾つかの制限がある。締まりばめはスプール状
支持構成体のエンド部分上の半径方向延長体が密な公差
に工作されることを必要とし、ハウジングに取付け後、
ステータ組立体の位置を修正或いは微調整ができなかっ
た。取付方法は補助加熱及び冷却工程と装置を必要と
し、スプール状支持構成体にストレスを与え、且つ完全
なステータ組立体の正確な軸方向位置づけが確実でなか
った。従って、ステータ組立体をハウジング内に確実に
且つ正確に位置づけする新しい方法で、容易で、時間を
要せず、更に安価な装備で可能な方法が望まれている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の原理に従って、ステータ組立体の支持構成体の
半径方向延長体がハウジングの内側周囲に周辺方向に離
間して配置された取付支持体と協働する取付構造を備え
ることにより、これらの必要が満足され、別の利点が実
現した。取付支持体はステータ組立体をハウジング内に
固定する時、半径方向延長体の相対する軸方向内面が取
付支持体の軸方向外端面をはさむように、一組のほぼ軸
方向に整合した半径方向延長体の間に適合する大きさと
し、位置づけされる。半径方向延長体はステータ組立体
がハウジング内に軸方向に、取付支持体との干渉なしに
取付けのための所望の深さに挿入し、長手軸周囲を回転
して半径方向延長体の内面を関連取付支持体の端面に近
接し且つほぼ軸方向に整合して位置づけできるような大
きさとされ間隔がとられている。取付支持体はステータ
組立体をハウジング内に固定する時、ステータ組立体が
所望の軸方向位置に位置どりするように先に位置づけさ
れる。

ステータ組立体は各対の半径方向延長体を関連する取付
支持体の端面に固定することによってハウジング内に固
定される。好ましくは、この固定構造は取付けたステー
タ組立体の位置の調整を可能とする。この目的のため、
半径方向延長体に大きめの取付穴を備え、取付けたステ
ータ組立体の位置の横方向調整を可能とするか、または
シムを取付け支持体の端面と関連する半径方向延長体の
内面の間に挿入して、取付けたステータ組立体の軸方向
調整を容易とする。

本発明の一態様において、取付支持体はハウジングの一
体部品として鋳造できる。他の態様において、ハウジン
グは組立式多部品組立体を含むことができ、延長補強部
材を取付支持体に含めることができる。特に、大きな機
械電気変換器に用いる時、取付支持体は一対の軸方向に
離間した取付けブロックとして組立てられる。

従って、本発明の目的は機械電気変換器のステータ組立
体をハウジング内に位置づけし、取りつけるための改良
された構造を備えることである。

〔作用〕

機械電気変換器のステータ組立体をハウジングに取付け
るのに、ハウジングの内側に周辺方向に配置された多数
の取付支持体をステータ組立体の軸方向に並んだ半径方
向延長体の対と協同させる。半径方向延長体の対の相対
する軸方向内面で関連する取付支持体の軸方向外端面を
はさみこむ。ねじつきファスナにより取付支持体の端面
に半径方向延長体を固定する。半径方向延長体の大きめ
の穴とシムを用いて取付けたステータ組立体の側方及び
軸方向の調整をすることができる。

〔実施例〕

本発明のこれらの及び他の目的、利点及び特徴は添付の
図面に関連して、次の詳細な説明からより容易に理解さ
れるのであろう。

添付の図を参照して、本発明の特定の実施例について詳
細に説明する。図中、同様な部材については同様な符号
が記されている。この明細書において、「ステータ」と
「ステータ組立体」という用語は同意語として用いられ
ている。第１図に、本発明の原理に従って構成された横
軸極交流誘導機型回転機械電気変換器が示されている。
変換器は総体的に符号10で示され、回動するコイルレス
ロータ14を囲む位置ステータ組立体12を含む。周囲ハウ
ジング又はフレーム16が周辺方向にステータ組立体12を
囲っている。エンドシールド15がねじファスナ17により
ハウジング16の各端部に固定され、ロータ14の端部を回
動可能に支持する。

ロータ14が長手軸18に沿って延在し、それと共軸であ
る。ロータは好ましくは剛性一部材構成を有し、軸受20
によりロータシャフト22の各端部で支持されている。軸
受20はエンドシールド15内に設けられている。ロータ14
は両端に周辺方向に離間し、軸方向に延在する面溝又は
カットアウト26を備えた中央筒部24を有し、公知の方式
で横軸極のロータの各端部に所望の数のローブを形成す
る。ロータは例えば炭素鋼のような手に入る磁性材料で
構成しうる。

ステータ組立体12は内側スプール状支持構成体30を含
む。支持構成体30は長手軸18と共軸で、内側の長手方向
に延在する中央通路を形成してロータ14を収容する中央
の、略筒状部材又は管体32を有する。界磁（又はDC励
磁）巻線34が管体32の外面周囲にコイル巻きされ且つ支
持されている。

ステータ支持構成体30はまた管体32の両端から半径方向
外側に延在する一対のエンド部材又はプレート36を含
む。エンド部分36は多数の周辺方向に配置されたＵ型
（またＣ型又はアーチ型とも称する）電機子コア部材38
を取付け、正確に位置づけするのに役立つ。各電機子コ
ア部材38は好ましくは電機子コア部材のほぼ長手方向に
延在する基部42周囲に巻きつけられ、それによって支持
された個々のAC電機子コイル40を備えている。電機子コ
ア部材38の基部42の各端部から、脚部44が半径方向内側
に延長している。電機子コア部材38は磁性材料で作られ
るが、支持構成体30は、例えばアルミニウムのような非
磁性材料で構成される。磁界からの電気的リード線46と
電気子コイルがエンドシールド15の一つに設けられてい
る。

本発明の原理に従って、ステータ組立体12はエンド部分
36の半径方向延長体54を通って中間取付支持体56に延在
するねじファスナ52によりハウジング内に位置づけさ
れ、取付けられる。取付支持体56はハウジング16の内側
周囲に周囲方向に配置され、固定されている。取付構造
についてはこの後詳細に説明する。

変換器10の作動は同期交流機の代表的なもので、電流が
界磁巻線34に供給され、ロータ14がなんらかの外部手段
により回転すると、発電機式に電圧が電気子巻線40に誘
導される。同様に、電機子巻線が多相のAC同期機でなさ
れるように、電機子コア部材38の半径方向に最も内側の
端部とロータのローブ面28の間にあるギャップ50に回転
束波を生成するような方式で励磁されると、交換機のロ
ータ14は電機子の束波に従うように刺激され、電気モー
タ方式に回転する。

この形態の誘導型回転機械電気交換器の更に詳細な構造
と作動及びそれによって与えられる利点については米国
特許第4,786,834号明細書を参照して得られる。スプー
ル状支持構成体30のエンド部分36は1988年７月29日に出
願され、現在米国特許第4,864,176号となった本願と共
有関係の米国特許出願第226,048号明細書に記載されて
いるように積層構造とすることができる。

本発明の改良された取付構造の好ましい実施例が第２図
に示されている。この部分破断斜視図に見るごとく、ス
テータ組立体12は半径方向延長体54中の大きな、例えば
ねじ切りした取付穴58を通して取付支持体56の端面60に
延長するねじファスナ52により、ハウジング又はフレー
ム16内に固定される。取付支持体56はほぼ軸方向に延在
し、一対の軸方向に並んだ半径方向延長体54の軸方向内
面62の間にサンドウイッチ状にはさまれている。取付支
持体56はハウジング16の内側周囲に周辺方向に配分さ
れ、公知の方法でハウジング又はフレームに支持され且
つ固定される。ハウジング16は従来の取付脚64を備える
と好都合である。

ステータ組立体12は第３図から第５図までに最も明らか
に表わされている。ステータ組立体は電機子コア部材38
の列の外周を越えて外側に延長する軸方向に並べられた
半径方向延長体54の多数のセット又は対体を備えてい
る。半径方向延長体のセットは好ましくはステータ組立
体の周囲に均等に離間し、組立体が中心の長手軸周囲に
中心をおくようにする。一対の延長体は周辺方向に若干
位置ずれさせて、長手方向に沿う電機子コア部材のずれ
を可能にし、或いはそれに順応するようにする。

本発明の原理に従って、各半径方向延長体54はその終端
近くに軸方向に延在する取付穴58（第３図及び第５図参
照）を備え、ファスナをそこに受入れる。取付穴58は好
ましくは、例えば周辺方向に溝を設けたファスナのシャ
フトと比較して大きくして、ハウジング内に組立体を取
付ける間又はその後に、所望の如く、ステータ組立体の
横方向調整及び／又は長手方向傾斜を可能にする。半径
方向延長体の各は軸方向径間又は長さＬだけ離れた相対
する軸方向内側の、横手方向に延長する面62を有する
（第３及び第４図参照）。第１図に示す如く、半径方向
延長体54はスプール状支持構成体30のエンドプレート36
から形成されるので、長さＬは支持構成体30の中央筒状
部分32の軸方向の長さの役目もなす。電機子コア部材38
を支持構成体30に締めつけるため、環状リング66（第４
及び第５図）をエンドプレート36に取付けることができ
る。

ステータ組立体12を受入れ、位置づけし、固定するよう
に構成された部品組立式ハウジング又はフレーム組立体
16が第６図から第８図に示されている。（分かりやすく
するために、ステータ組立体12は第６図から第10図及び
第15図には示されていない）。ハウジング16の内側に、
多数の周辺方向に軸方向に延長する取付支持体56が配置
されている。支持体56はステータ組立体12（第１図から
第５図までに図示）上の半径方向延長体のセットと、数
及び周辺方向の間隔が一致している。支持体56は内側ハ
ウジング壁又は角度を設けたフレーム部材57（第６及び
第７図参照）に直接固定して、正しい周辺位置をとるよ
うにする。支持体56を軸方向に適当にあらかじめ位置づ
けすることにより、取付時、ステータ組立体は軸方向に
正確に位置づけされる。

第８図の横断面図に見る如く、各取付支持体56は一対の
軸方向外側の横方向に延長する端面60を有する。端面60
は一対の相対する半径方向延長体の内面の間の軸方向径
間Ｌ（第３及び第４図）にほぼ等しい距離だけ軸方向に
離間している。ねじ切りされた取付穴66が各端面60から
軸方向内側に延在し、ねじ付きファスナをそこに収容す
る。穴66は好ましくは関連する半径方向延長体54上のサ
イズの大きい取付孔又はスロット58（第２及び第３図）
の中心と軸方向に整合するように位置している。

各取付支持体56はステータ組立体12の半径方向延長体54
の異なる対に関連している（第２図）。取付支持体56は
関連の半径方向延長体の対の間に全軸方向径間にわたっ
て延在させてもよいし、第８図に56′で示される如く、
二つの軸方向に離間した取付けブロックを含むものでも
よい。後者の構成は大きな変換器に特に適している。

第９及び第10図は第６図に示したものと同様の取付フレ
ームを示しているが、取付支持体の少なくとも一つに強
化部材が加えられている。第９図において、フレーム16
の基底部材68に固定された取付支持体56は横強化部材70
を含有し、一方第10図においては、軸方向強化部材72が
取付支持体に含有されている。

第11図はハウジング16へのステータ組立体12の挿入を示
す図である。ステータ組立体12を軸方向にフレーム16へ
第11図に示す角度Ａで示す半径方向角度で動かすことに
より導入が達成される。半径方向延長体54はハウジング
16に入る最初の端部支持体が取付支持体54を通過できる
ような大きさに周辺方向に離間している。ステータ組立
体12は一位置に軸方向に移動し、長手軸周囲に角度Ａ回
転した時、半径方向延長体の内面62が関連する取付支持
体56の端面60に隣接し、ほぼ軸方向に並ぶようにする。
これにより半径方向延長体の対応する取付穴と取付支持
体が整合し、ねじファスナ52を挿入してそれらの間を速
やかに接続する。第12図から第14図までを参照のこと。

第14図に示す如く、シム74を半径方向延長体54の内面62
と取付支持体56の端面60の間に差しはさんで、取付けた
ステータ組立体の軸方向の位置の所望の調整を可能にす
ることもできる。

上記の如く、半径方向延長体54を取付支持体56に半径方
向に延在するファスナ52で取付けるのが好ましいが、ス
テータ組立体が取付支持体により軸方向に適切に位置す
ると、それはフレーム内に他の方法で固定できる。例え
ば、第13図に示すように、ファスナー52′をフレーム16
を通して半径方向延長体54へ半径方向に挿入することが
できる。或いは、ステータ組立体を支持体56により適切
に軸方向に位置させてしばりばめできる。然しながら、
後者の方法は取付けたステータ組立体の位置の調整がで
きない。

第15図は本発明の鋳造されたフレームの一実施例を示し
ている。本実施例において、周辺方向に離間した取付支
持体56aはフレーム78及び冷却用ファン80と公知の方法
で一体鋳造されている。第16図は前記したような軸方向
に延在するねじファスナを用いて鋳造フレーム（第15図
に示したもの）内に固定できるステータ組立体12′を示
している。ステータ組立体12′は前述したステータ組立
体と同様であるが、半径方向延長体54′を含むステータ
支持構成体のエンドプレートが積層構造である点が異な
っている。このような積層構造の詳細については共有の
米国特許出願第226,048号、現在特許第4,864,176号明細
書に示されている。

以上の記載から、改良されたステータ取付構造が開発さ
れ、それにより、時間的にまたコスト的に有効な方式で
ハウジングにステータ組立体を正確且つ確実に取付ける
ことを確かにすることが明らかであろう。

幾つかの実施例をここに記載したが、当該技術に精通す
る者ならば、種々の変更、追加、差し変え等が本発明の
精神、特許請求の範囲に記載された範囲から逸脱するこ
となくなされることが明らかである。

〔効果〕

以上述べた如く、本発明の取付構造により、ステータ組
立体をハウジング内に確実に且つ正確に位置づけすると
共に、作業が容易であり、作業時間が節約できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるハウジングに設けたステータ組立
体を有する誘導型機械電気変換器の側方から見た横断面
図、第２図は本発明のステータ取付構造の一実施例の一
部破断斜視図、第３図は本発明による取付け用に変更さ
れたステータ組立体の斜視図、第４図はステータ組立体
の平面図、第５図は第４図のステータ組立体の正面図、
第６図はその内側に周辺方向に配分された取付支持体を
備えた組立式多部材ハウジンクの一部破断斜視図、第７
図は第６図のハウジングの正面図、第８図は第７図の８
−８線に沿う断面図、第９図は横補強材を含む取付けブ
ロックを含む多部材ハウジングの一部破断斜視図、第10
図は軸方向補強材を含有する取付けブロックを含む多部
材ハウジングの一部破断斜視図、第11図はハウジング内
にステータ組立体を挿入したところを示す側面図、第12
図は本発明によるハウジング内に設けられたステータ組
立体の正面図、第13図は第12図に示した取付構造を更に
示す側面図、第14図は第13図の取付構造の一部の拡大
図、第15図は一体鋳造された取付け支持体を含有する鋳
造ハウジングの正面図、第16図は本発明にしたがって、
取付用に変更された半径方向延長体を有する積層エンド
プレートを使用するステータ組立体の正面図である。 10……機械電気変換器、12……ステータ組立体、 16……ハウジング、30……支持構成体、 52……ねじファスナ、54……半径方向延長体、 56……取付支持体、58……取付穴、 60……取付支持体端面、 62……半径方向延長体内面。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステータを中央長手軸に沿ってその周囲に
   延在させて、ハウジング内にステータを位置させ、取付
   ける装置であって、 多数の周辺方向に離間し、軸方向に対をなす、半径方向
   外側に突出する延長体を有し、各対の延長体が軸方向に
   離間し、内側の側方に延在する相対する面を有するステ
   ータの支持構成体と、 ハウジングの内側周囲に周辺方向に離間して配分され、
   その各が前記延長体対の異なる一つに関連し、各が一対
   の側方に延長する軸方向外側端面を有し、各端面が関連
   する一対の延長体の相対する軸方向内側の側方に延在す
   る面の間の軸方向径間とほぼ等しい距離だけ軸方向に離
   間している多数の取付支持体と、 前記取付支持体の端面が前記延長体対の軸方向内側の側
   方に延在する面の間にサンドウィッチ状にはさみこまれ
   るようにステータ組立体をハウジング内に固定する手段
   と、を含み、 前記各延長体対の延長体が軸方向に沿って整合してお
   り、各取付支持体が前記多数の延長体と数及び周辺方向
   の間隔が一致しており、前記延長体は組み立てられたス
   テータがハウジング内に取付支持体とぶつかることなく
   取付けのため所望の深さに軸方向に挿入できるように周
   辺方向に大きさと間隔が決められ、取付支持体はステー
   タをハウジング内に固定する時、ステータが所望の軸方
   向位置に位置するように、軸方向にあらかじめ位置して
   いる装置。
2. 【請求項２】ステータをハウジング内に固定する手段が
   各延長体の対を取付支持体の端面に締めつけるファスナ
   手段を含む請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】延長体は寸法の大きい取付穴を備え、前記
   ファスナ手段と組合せて取付けたステータの位置の側方
   調整を可能にした請求項２記載の装置。
4. 【請求項４】取付支持体の端面と延長体の軸方向内面の
   間にさしはさむシム手段を更に含み、取りつけたステー
   タの位置の軸方向調整を容易にするようにした請求項３
   記載の装置。
5. 【請求項５】取付支持体の軸方向外側端面は前記ファス
   ナ手段を収容するねじつき取付穴を備えている請求項３
   記載の装置。
6. 【請求項６】取付支持体がハウジングの鋳造一体部分で
   ある請求項５記載の装置。
7. 【請求項７】取付支持体の少なくとも一つが一対の軸方
   向に離間した取付けブロックを含む請求項５記載の装
   置。
8. 【請求項８】ハウジングが組立式多部品ハウジング組立
   体を含む請求項７記載の装置。
9. 【請求項９】補強部材を取付け支持体の少なくとも一つ
   に設けた請求項８記載の装置。
10. 【請求項１０】前記ファスナ手段が取脱し自在のねじつ
    きファスナを含み、前記サイズの大きい取付穴は周辺方
    向に長くのびたスロットを含み、前期取付支持体の端面
    のねじ穴が関連する延長体のスロットの中心と整合する
    ように位置し、前記延長体が非磁性材料を含む請求項５
    記載の装置。
11. 【請求項１１】前記ステータは長手軸周囲に軸に沿って
    延在する細長状中央部分を有する非磁性スプール状支持
    構成体を含み、該非磁性スプール状支持構成体は前記中
    央部分の個々の端部から長手軸に対して半径方向外側に
    延在する軸方向に離間したエンド部材を有し、前記延長
    体が前記軸方向に離間したエンド部分の一部であり、前
    記ステータは更に前記スプール状構成体のエンド部分に
    より支持される周辺方向に配分された多数の略Ｕ字型の
    ほぼ長手方向に延在する電機子コア部材を含む請求項５
    記載の装置。
12. 【請求項１２】前記ステータは更に前記スプール状構成
    体の中央部分に巻かれた磁界巻線を含み、更に前記中空
    スプール状構成体中に共軸的に設けられた磁性材料の単
    一のロータと前記スプール状構成体内に前記ロータを回
    転自在に取付ける軸承手段とを含む請求項11記載の装
    置。