JPH0757073B2 - 電気機器鉄心支持装置及び電気機器鉄心組立装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の背景］ この発明は、発電機の製造に関し、特にそのような発電
機のステータ鉄心及びステータ支持フレームの組立に関
するものである。

一般に、大形発電機の固定側部分は、外周のフレーム
と、このフレームの半径方向内側に位置する鉄心（ステ
ータ鉄心）とからなっている。この鉄心は、フレーム及
びフレームを支持する基礎に対する振動の伝達を防止す
るため、ばね特性を有する連結材によってフレームに固
定されている。

このような連結材としては、例えば米国特許第2199351
号，同第2320843号及び同第2811659号に開示されたもの
など、既に多くのタイプのものが提案されている。しか
し、これらの連結材を用いると、その特性から、フレー
ムを先に完成させた後、そのフレーム内で鉄娠を組み立
てなければならない。

これに対して、フレームと鉄心とを平行して製造してか
ら、それらを組み立てることができれば、経済性を向上
させることができることは明らかである。そこで、この
ような課題を解決するための鉄心支持装置が、米国特許
第4425523号に開示されている。

［発明の概要］ この発明の主目的は、フレームと鉄心とを平行して製造
することができ、かつ従来装置より優れた電気機器鉄心
支持装置及び電気機器鉄心組立装置を得ることである。

この発明の他の目的は、電気機器鉄心支持装置と鉄心と
の連結状態を改良することである。

この発明のさらに他の目的は、別に組立てられた鉄心
を、鉄心に結合した端板とともに、フレームに挿入する
ことができるようにすることである。

上記した目的は、この発明に係る電気機器鉄心支持装
置、即ち周方向に間隔をおき軸線方向に沿って延びる複
数のダブテイル溝が外周部に設けられた縦軸のステータ
鉄心を、装着時に前記鉄心を囲む複数の環状のフランジ
を有する電気機器フレーム内に支持する電気機器鉄心支
持装置において、それぞれ前記ダブテイル溝内に位置
し、かつ前記ダブテイル溝に係合するように形成された
部分を有する複数のキー・バーと、それぞれ前記フラン
ジに固定され、かつ前記キー・バーと平行して延びる複
数のスプリング・バーと、前記キー・バーの一部を受け
る第１の溝と前記スプリング・バーの一部を受ける第２
の溝とを有し、前記キー・バーを前記スプリング・バー
に固定するための複数のキー・ブロックと、前記キー・
バー及び前記スプリング・バーに、前記キー・ブロック
をそれぞれ機械的に取り付ける取付手段とを備えている
電気機器鉄心支持装置によって達成される。

また、この発明の目的は、組立後に外周面を形成する部
分に軸線方向に沿って延びる溝が設けられている扇形状
セグメントの形態をした複数の要素から各々なる複数の
薄板を積層してなる電気機器のステータの鉄心を組も立
てるための電気機器鉄心組立装置において、前記薄板を
積層するための領域を囲む円柱状の支持構造を形成する
手段と、それぞれ前記溝に組み合うように設けられ、前
記支持構造の軸線方向に平行に延びる複数の組立用キ
ー、前記支持構造に前記組立用キーをそれぞれ支持する
ためのブラケット手段とを備え、前記組立用キーに対し
て前記薄板要素を半径方向へ移動させることにより、前
記組立用キーがそれぞれの前記溝に適合されるようにな
っている電気機器鉄心組立装置によっても達成される。

［実施例］ 第１図に示された組立体は、ステータの鉄心（２）を含
む。このステータの鉄心（２）は、複数の鋼製の薄板
（４）をその軸線方向へ積層してなっている。それぞれ
の薄板（４）は、その代表的な例では、複数の扇形（ci
rcular）のセグメントからなっている。また、１枚の薄
板（４）の各セグメントが、隣接する各薄板（４）の２
個のセグメントに重なるように、１枚の薄板（４）のセ
グメントを隣接する薄板（４）のセグメントに対して角
度をつけて組も合わせることにより、鉄心（２）が組み
立てられている。

鉄心（２）の外周には、複数のダブテイル溝（６）が設
けられている。第２図に示されているように、それぞれ
のダブテイル溝（６）は、鉄心（２）の軸線に平行に設
けられている。これらのダブテイル溝（６）には、ダブ
テイル溝（６）に組み合う台形形状のキー・バー（key
bar）（８）が取り付けられている。普通、各薄板
（４）のセグメントには、少なくとも２つのダブテイル
溝（６）が設けられている。そして、１つのセグメント
の２つのダブテイル溝（６）のそれぞれは、隣接する薄
板（４）の隣接する２つのセグメントの各ダブテイル溝
（６）に対して、それぞれ１列に揃えられている。

各キー・バー（８）のダブテイル溝（６）にかみ合う部
分の断面寸法は、キー・バー（８）のダブテイル溝
（６）への挿入を容易にするため、ダブテイル溝（６）
の断面寸法よりも若干小さくされている。

鉄心（２）の軸線方向の各端部には、内側圧力板（即ち
フィンガープレート）（10）及び外側圧力板（即ち端
板）（12）が配置されている。総ての圧力板（10），
（12）及び薄板（４）には、鉄心（２）の全長にわたっ
てその軸線方向に延びかつ外部圧力板（12）から突出す
る複数のボルト（14）を通すためのボルト通路が設けら
れている。各ボルト（14）の各端部には、鉄心（２）に
所望の圧縮力を加えるために締め付けられるナットが設
けられている。各キー・バー（８）の各端部のねじ付き
通路には、圧縮ボルト（16）が挿入されており、これら
各圧縮ボルト（16）に螺着されたナットを締め付けるこ
とにより、圧縮力を生じさせることができる。この場
合、鉄心（２）に与えられた圧縮力は、各キー・バー
（８）には引張力のかたちで働き吸収される。ここで、
もし従来知られている方法で端板（12）を適当に組み立
てることができれば、圧縮ボルト（16）の存在により、
ボルト（14）は除去されてもよい。

キー・バー（８）は、鉄心（２）の諸構成要素を一直線
に保持して、後で詳しく説明するように鉄心（２）をそ
れを囲むフレームに固定するように働き、また軸方向引
張部材としても作用する。この軸方向引張部材により、
鉄心（２）には圧縮力が与えられる。

鉄心（２）が、キー・バー（８），各圧力板（10），
（12）及び少なくとも圧縮ボルト（16）と一緒に組み立
てられた後、複数のキー・ブロック（key block）（2
0）が各キー・バー（８）に取り付けられる。各キー・
ブロック（20）には、キー・バー（８）に組み合わされ
る第１の溝としての低部溝（22）、及び面取りした両側
面を有することが望ましい第２の溝としての頂部溝（2
4）が形成されている。各キー・ブロック（20）は、対
になるキー・バー（８）に複数のボルト（26）によって
固定されている。これらのボルト（26）の頭部は、頂部
溝（24）の底に形成された皿穴に、頂部溝（24）の底か
ら上へ突出しないように埋められている。ボルト（26）
を締め付けることにより、キー・バー（８）はダブテイ
ル溝（６）の傾斜した両側面間に押さえ付けられ、かつ
キー・ブロック（20）は鉄心（２）の外周部に押さえ付
けられる。

このように、ダブテイル溝（６）及びキー・バー（８）
の台形又はダブテイル形の形状がかみ合うこと、キー・
ブロック（20）がキー・バー（８）に対して機械的に緊
着すること、及び鉄心（２）に対してキー・ブロック
（20）が押さえ付けられていることにより、キー・バー
（８）は、運転中に鉄心（２）に働くトルクの負荷を効
果的に吸収することができ、これによりそのようなトル
ク負荷の影響下で、回転に抗してダブテイル溝（６）内
に確実に保持される。

組み立てられた鉄心（２）は、その後、円筒状のケーシ
ングからなるフレーム（図示せず）内に取り付けられ
る。フレームは、その内部に向けて放射状に延びる環状
の板部材（30）を複数備えている。それぞれの板部材
（30）は、その内周部に、軸線方向へ突き出た１個又は
２個の環状のフランジ（32）を有している。そして、そ
れぞれのフランジ（32）には、その周方向に沿って多数
のボルト孔が設けられている。

軸線方向に延び、周方向に間隔をおいて設けられた複数
のスプリング・バー（spring bar）（34）は、フランジ
（32）のボルト孔を貫通しかつスプリング・バー（34）
のねじ孔に螺着するボルト（36）によって、フランジ
（32）に固定されている。それぞれのフランジ（32）に
は、その内周面に、フランジ（32）に対する各スプリン
グ・バー（34）の正確な位置決めをするため、それぞれ
のスプリング・バー（34）に接する平面部（33）が加工
されている。このため、ボルト止めの後、それぞれのス
プリング・バー（34）は、フランジ（32）に溶接される
ことが望ましい。また、スプリング・バー（34）の周方
向の間隔は、キー・バー（８）の周方向の間隔に一致し
ている。

キー・ブロック（20）に設けられた頂部溝（24）を、ス
プリング・バー（34）に沿って、スプリング・バー（3
4）のボルト孔とキー・ブロック（20）のボルト孔とが
整列するまでスライドさせることにより、組み立てられ
た鉄心（２）は、フレーム内に取り付けられる。また、
キー・ブロック（20）のボルト孔は、キー・バー（８）
のねじ孔にも整列する。この後、スプリング・バー（3
4）をキー・ブロック（20）及びキー・バー（８）に固
定するため、ボルト（40）が取り付けられ、組み立てが
完了する。

ここで、取付手段は、ボルト（26）及びボルト（40）か
らなっている。

それぞれのキー・ブロック（20）は、連続した２つの板
部材（30）の中央に位置決めされるので、代表的な例で
は、連続した板部材（30）の各ペア間に１つのキー・ブ
ロック（20）があり、そして鉄心（２）はフレームに対
して接線方向（tangential）に所定の角度動かすことが
できる。

鉄心（２）の振動からフレームを効果的に隔離するため
に、スプリング・バー（34）は、従来知られている技術
により、半径方向及び接線方向の両方に十分低いばね定
数を持つように構成される。スプリング・バー（34）
は、付加的な機能として、短絡トルクにも耐えるように
作られている。この短絡トルクは、その代表的な例で
は、線路周波数の２倍の周波数及び高次の高調波におい
て、発電機の通常の定格トルクの８〜10倍のトルクであ
る。

キー・ブロック（20）の存在により、スプリング・バー
（34）とキー・バー（８）との間には、半径方向へのギ
ヤップが存在する。このギヤップは、鉄心取付時に、圧
力板（10），（12）を、スプリング・バー（34）によっ
て囲まれた円筒状の領域で動かすために十分なスペース
を提供する。さらに、キー・ブロック（20）による接続
機能のため、スプリング・バー（34）は、従来提案され
た構造におけるより少ない機械加工で済む。

第４図に示すように、それぞれのキー・バー（８）は、
その外周面に、それぞれ組み合うキー・ブロック（20）
のための凹部が設けられており、この凹部により、組み
合ったキー・ブロック（20）を正確に位置決めさせる。
さらに、これらの凹部により、各キー・ブロック（20）
とキー・バー（８）とが半径方向で係合する。これによ
り、キー・バー（８）は、鉄心（２）のフレームへの取
付後、鉄心（２）の軸が垂直方向の方位を持つ間、キー
・ブロック（20）に鉄心（２）を良好な状態で支持させ
ることができる。最後に、各凹部が各キー・バー（８）
の外周面に設けられていることにより、各キー・ブロッ
ク（20）の底部溝（22）及び頂部溝（24）の間に延びる
部分は、フレームのフランジ（32）の直径を増す必要な
しに、構造上十分な厚みが与えられる。

さらに、第４図に示されているように、それぞれのスプ
リング・バー（34）の半径方向内面には、各キー・ブロ
ック（20）の位置で、台地状又は陸地状の凸部（42）が
設けられている。これにより、スプリング・バー（34）
フランジ（32）に保持されるそれぞれの位置におけるよ
り広い範囲まで、各スプリング・バー（34）がキー・ブ
ロック（20）に緊着されるはずのそれぞれの位置で、各
スプリング・バー（34）は半径方向内側へ突出するよう
になる。このため、フレームへの鉄心（２）の取付中、
板部材（30）の位置では、キー・ブロック（20）とスプ
リング・バー（34）との外面間に、半径方向への大きな
ギヤップが存在する。これにより、鉄心（２）の取付中
にキー・ブロック（20）が各凸部（42）を通過すると、
各スプリング・バー（34）を各凸部（42）の位置で半径
方向外側に反らすことができるので、鉄心（２）のフレ
ームへの挿入が容易になる。

キー・ブロック（20）とキー・バー（８）とに設けられ
たボルト通路に対してスプリング・バー（34）に設けら
れたボルト孔の位置に、ある程度の位置誤差を許容させ
るため、それぞれのスプリング・バー（34）には、これ
が各キー・ブロック（20）及びキー・バー（８）に保持
される予定の位置に、第５図にも示すように、縦方向に
細長いスロット（44）が設けられている。第４図には示
されていないが、ボルト（40）の頭を支持するため、各
スプリング・バー（34）には、キー・バー（20）と組み
合った位置でボルト（40）によって生じた圧縮力を受け
るためのバックアッププレート（48）が設けられてい
る。各バックアッププレート（48）の上には、ロッキン
グプレート（50）が置かれている。このロッキングプレ
ート（50）は、ボルト（40）の締付後でも、ボルト（4
0）の緩みを防止する仕方で、その角部が上方へ曲げら
れるように、十分に薄くなっている。

第４図に示すように、キー・バー（８）には、ボルト
（26）及び（40）を貫通させかつ螺着させる貫通孔（5
2）が設けられている。これとともに、キー・ブロック
（20）には、ボルト（26）の頭が嵌合する皿穴（54）が
設けられている。

第５図はスプリング・バー（34）の一部を示す平面図で
あるが、この図に示すように、この発明に従って、スプ
リング・バー（34）には、各キー・ブロック（20）を保
持するそれぞれの位置と、各フランジ（32）に取り付け
られるそれぞれの位置との間に、狭幅部（58）が設けら
れている。この狭幅部（58）の幅寸法によって、スプリ
ング・バー（34）のばね定数が決められる。また、この
狭幅部（58）によって、鉄心（２）のフレームへの挿入
が容易になる。同様の理由により、スプリング・バー
（34）のフランジ（32）へ取り付けられる部分は、キー
・ブロック（20）へ取り付けられる部分よりも、発電機
の円周方向において多少狭い方がよい。キー・ブロック
（20）が各フランジ（32）の取付位置を通過するように
動かされるので、各キー・ブロック（20）とそれが連結
されたスプリング・バー（34）との間に生じるるギャッ
プは更に大きくなる。

組立後の鉄心（２）のフレームへの挿入中は、キー・ブ
ロック（20）の外面とスプリング・バー（34）の内面と
の間に、ある程度の隙間が存在する。所望の最終位置に
鉄心（２）が到達した後、ボルト（40）の差し込み及び
締め付けを行うことにより、鉄心（２）をフレームに所
望通り安全に係合するように、スプリング・バー（34）
が半径方向内側へ少し反らされる。鉄心（２）のフレー
ムへの挿入中に存在する隙間の大きさは、ボルト（40）
の締め付けによるスプリング・バー（34）の径方向への
反れ量が、発電機運転中の発熱による鉄心（２）の径方
向への膨張量に大体一致するように決められる。このよ
うにして、組立後の発電機の運転中に、スプリング・バ
ー（34）は、反っていないまっすぐな元の状態に事実上
戻ることができる。

鉄心（２）には、フレームへの挿入前又は挿入後のいず
れかに、ステータ巻線が設けられる。

この発明による鉄心組立体は、キー・バー（８）の位置
と一致する位置に組立用キーが設けられている別な電気
機器鉄心組立装置を用いて組み立てられる。この電気機
器鉄心組立装置は、鉄心の軸線が垂直になるように鉄心
を支持する。そして、鉄心組立体は、次のような工程に
より製造される。第１に、外側圧力板（12）と内側圧力
板（10）とが組立装置の底部の支持材の上に置かれると
ともに、組立用キーがダブテイル溝（６）の位置に一致
する位置に配置される。そして、鉄心（２）の薄板
（４）が、組立用キーの上に装着される。

総ての薄板（４）が装着された後、各ダブテイル溝
（６）から組立用キーを順々に取り除くとともに、キー
・バー（８）をそのダブテイル溝（６）の中にスライド
させることにより、圧縮ボルト（16）を有するキー・バ
ー（８）を装着することができる。そして、内側圧力板
（10）と外側圧力板（12）とを、装着された薄板（４）
の上に配置し、かつボルト（16）にナットを取り付けて
締め付ける。最後に、キー・ブロック（20）を、ボルト
（26）によってキー・バー（８）に取り付ける。こうし
て組み立てられた鉄心（２）の組立体は、フレームに装
着するために、電気機器鉄心組立装置から取り除くこと
ができる。

この発明による適当な電気機器鉄心組立装置の細部を、
第６図及び第７図に示す。その装置は、鉄心のダブテイ
ル溝（６）に組み合う構成部材を有するまっすぐな円柱
状である。

第６図はこのような電気機器鉄心組立装置の構成部部材
を垂直面で切った断面図である。この構成部材は支持構
造を形成する手段である環状部材（60）からなり、組立
装置は互いに積み上げられた複数の環状部材（60）から
組み立てられている。それぞれの環状部材（60）は、下
側リング（62）と上側リング（64）とからなっており、
各リング（62），（64）は、垂直な複数のウェブ（即ち
垂直板）（66）に、ともに保持されている。各リング
（62），（64）に対するウェブ（66）の数は、必要荷重
支持能力から決めることができる。

環状部材（60）を互いに位置決めするため、下側リング
（62）には孔（70）が設けられ、かつそれぞれ上側リン
グ（64）には、この孔（70）に組み合う適当なピン（6
8）が設けられている。ピン（68）と孔（70）とは、環
状部材（60）の円周上に並んで設けられている。

それぞれの上側リング（64）は、ブラケット手段である
複数のブラケット（72）を支持している。各上側リング
（64）上のブラケット（72）の個数は、鉄心（２）の外
周部のダブテイル溝（６）の数と等しい。それぞれのブ
ラケット（72）は、位置決めピン（74）とボルト（76）
とにより、上側リング（64）に正確に位置決めされてい
る。

垂直に並んだブラケット（72）のグループは、適当なボ
ルト（80）により、それぞれのダブテイル溝（６）と係
合させるための組立用キー（78）を支持している。それ
ぞれの組立用キー（78）の縦の寸法は、鉄心（２）の軸
線方向の寸法と一致している。

第７図に示すように、各組立用キー（78）のダブテイル
溝（６）に組み合う側の端部は、鉄心（２）の周辺でダ
ブテイル溝（６）の開口幅よりも狭くなっている内端部
へ向けてテーパ状になっている。また、組立用キー（7
8）のテーパ状の部分とブラケット（72）側の部分との
間の部分の幅は、ダブテイル溝（６）の開口端部と同じ
幅で一定になっている。この組立用キー（78）の幅が一
定になっている部分は、各薄板（４）のセグメントの配
置を容易にするため、少なくともその一部が、ダブテイ
ル溝（６）内にまで達するように寸法が決められてい
る。

このような各組立用キー（78）の構成のによって、薄板
（４）の装着が容易にされている。特に、各薄板（４）
は、組立用キー（78）の全長に沿ってスライドさせる必
要はなく、大体所望の位置に置かれた後、ダブテイル溝
（６）に各組立用キー（78）をかみ合わせるため半径方
向外側へ動かされる。組立用キー（78）に対して薄板
（４）のセグメントが正確に配置されたとき、各ダブテ
イル溝（６）の底は、各組立用キー（78）の内端部に接
する。

鉄心（２）の組立が完了した後、各組立用キー（78）
は、ボルト（80）又は（76）を外すことにより、ダブテ
イル溝（６）から容易に取り出すことができる。そし
て、この後、キー・バー（８）をダブテイル溝（６）に
スライドさせて挿入することができる。すべてのキー・
バー（８）が挿入された後、圧力板（10），（12）が薄
板（４）のかたまりの上に配置され、圧縮ボルト（16）
にナットが締め付けられ、これにより鉄心（２）はこの
電気機器鉄心組立装置から取り出されてフレームに装着
可能の状態となる。

このとき、組立装置の支持構造は、互いに積み上げられ
た複数の環状部材（60）により構成されているため、各
組立用キー（78）を取り外すことにより各環状部材（6
0）に容易に分解可能となる。従って、鉄心（２）の取
り出しが容易になり、また組立装置全体の搬送も容易と
なり、作業に最適な場所に組立装置を容易に搬送して鉄
心（２）を効率良く組み立てることができ、鉄心（２）
とフレームとを平行して製造してから組み合わせる上で
有効である。

なお、上記実施例はこの発明の好ましい実施例であり、
数多の変更も変形とをこの発明の精神及びその範囲から
逸脱することなく行うことができることは言うまでもな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による電気機器鉄心支持装
置により連結されたフレーム及び鉄心の一部を示す縦断
面図、第２図は第１図のII−II線に沿う矢視断面図、第
３図は第１図のIII−III線に沿う矢視断面図、第４図は
第２図のIV−IV線に沿う矢視断面図、第５図は第４図の
スプリング・バーの一部を示す平面図、第６図はこの発
明の一実施例による電気機器鉄心組立装置の一部の縦断
面図、第７図は第６図の平面図である。 図において、（２）は鉄心、（４）は薄板、（６）はダ
ブテイル溝（溝）、（８）はキー・バー、（20）はキー
・ブロック、（22）は底部溝（第１の溝）、（24）は頂
部溝（第２の溝）、（26）及び（40）はボルト（取付手
段）、（32）はフランジ、（34）はスプリング・バー、
（60）は環状部材（支持構造を形成する手段）、（72）
はブラケット（ブラケット手段）、（78）は組立用キー
である。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ガーデヴ・サイ アメリカ合衆国、ペルシルベニア州、モン ロービル、ジェリー・レーン 293 (72)発明者 アンドル・ジョン・レヴィノ アメリカ合衆国、ペルシルベニア州、ジー ネット、ワシントン・アヴェニュー 404 (56)参考文献 特開 昭54−65307（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−2593（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−260538（ＪＰ，Ａ) 特公 昭59−47538（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】周方向に間隔をおき軸線方向に沿って延び
   複数のダブテイル溝が外周部に設けられた縦軸のステー
   タ鉄心を、装着時に前記鉄心を囲む複数の環状のフラン
   ジを有する電気機器フレーム内に支持する電気機器鉄心
   支持装置において、 それぞれ前記ダブテイル溝内に位置し、かつ前記ダブテ
   イル溝に係合するように形成された部分を有する複数の
   キー・バーと、 それぞれ前記フランジに固定され、かつ前記キー・バー
   と平行して延びる複数のスプリング・バーと、 前記キー・バーの一部を受ける第１の溝と前記スプリン
   グ・バーの一部を受ける第２の溝とを有し、前記キー・
   バーを前記スプリング・バーに固定するための複数のキ
   ー・ブロックと、 前記キー・バー及び前記スプリング・バーに、前記キー
   ・ブロックをそれぞれ機械的に取り付ける取付手段と を備えていることを特徴とする電気機器鉄心支持装置。
2. 【請求項２】組立後に外周面を形成する部分に軸線方向
   に沿って延びる溝が設けられている扇形状セグメントの
   形態をした複数の要素から各々なる複数の薄板を積層し
   てなる電気機器のステータの鉄心を組み立てるための電
   気機器鉄心組立装置において、 互いに円周方向に位置決めされて積み上げられた複数の
   環状部材を有し、前記薄板を積層するための領域を囲む
   円柱状の支持構造を形成する手段と、 それぞれ前記溝に組み合うように設けられ、前記支持構
   造の軸線方向に平行に延びる複数の組立用キーと、 前記支持構造に前記組立用キーをそれぞれ支持するため
   のブラケット手段とを備え、 前記組立用キーに対して前記薄板要素を半径方向へ移動
   させることにより、前記組立用キーがそれぞれの前記溝
   に適合されるようになっていることを徴とする電気機器
   鉄心組立装置。