JPS5883548A - 回転電機 - Google Patents

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】 回転電機の導体の機械的支持装置、特に発電機ステータ
コイルのエンドターンの機械的支持装置に関するもので
ある。

一般に回転電機，特にタービン発電機はステータコアの
軸方向スロット内に収容されたステータコイルを用いて
いる。これらのコイルはコアから軸方向に延びてコイル
間結合が行われるエンドターンが形成され、コイル組立
体の電気位相組合せが決められる。このエンドターン区
構造体を形成する。

エンドターンはその全長がコアに支持されないため，機
械的支持装置を設ける必要がある。

エンドターンの運動を阻止し且つ撮動を最少にするため
にはエンドターンをこの支持装置に強く固定するのが望
ましい。しかし、コイルエンドターンには高温が加わる
ため，それはステータコアの軸方向端とコアの中心軸線
の両方から離れる方向にその全長にわたって膨張する。

各コイルの直線部分はステータコアのスロット中で実質
的に規制されるので，エンドターンの各セグメントの膨
張運動はその熱膨張の関数だけでなくそれとステータコ
アとの間の他の全てのセグメントの熱膨張の関数となる
。換言すれば。

コイルのあるセグメントの合成運動址は相乗的であシ且
つステータコアから離れる方向に生じる。

エンドターン支持装置自体に％高温が加わるため，それ
は温度とその熱膨張係数のコア関数で膨張する。支持装
置がある点で固定されている時には、支持体上の任意の
点の運動が支持体が固定されている点からその点までの
距離の関数となって同様に相乗的に膨張することが知ら
れている。

エンドターン組立体と支持装置の熱膨張係数が大巾に興
ると，両者間に相対運動が生じるのは明らかてめる。エ
ンドターン組立体とその支持装置が互いに剛体結合され
ていると、上述の相対運動によって構成部材間に応力が
生じて。

コイルの絶縁体か支持構造体かのいずれかが破損する。

本発明の目的はステータコイル組立体のエンドターン部
分の支持機構を提供することにある。

さらに他の目的は支持されたエンドターン部分との間の
相対運動を最少にするコイルエンドターン支持装置と，
支持具とエンドターン部分との間にわずがの相対運動が
生じた時にエンドターンとそれ自体に有害な作用が加わ
らないようにしたエンドターン支持具を提供することに
ある。

従って本発明は、複数の円筒形状のステータコイルのエ
ンドターンを支持するエンドターン支持装置を含む回転
電機であって，上記支持装置は第１支持部材を有し、こ
の第１支持部材は有し且つ内側表面を有しており，上記
エンドターンは上記内側表面の近くにそれと平行に配置
されており，上記ボアは中心軸線と第１及び第一の軸方
向端とを有し、上記第１支持部材は前記ボアの四りに＃
Ａ旋状に巻き付けられたフィラメントを有するフィラメ
ント舎き付は構造体であシ，上記フィラメントは上記第
１の軸方向端区域では第１所定角度で巻き付けられ且つ
上記第一の軸方向端区域では第一所定角度で巻き付けら
れており、上記内側表面には周方向に延びた溝が形成さ
れており、上記支持装置はさらに。

上記エンドターンを上記内側表面に取付けるための変形
可能な取付は装置と、上記エンドターンおよび上記取付
は装置間の相対運動を許す装置と、上記支持部材を支持
する支持装置とを有し、上記支持装置が上記支持部材の
放射方向外側に配置されてなる回転電機に在る。

本発明では電ｗＪ機のステータコイル組立体のコイルエ
ンドターン部分から放射方向外向きに支持されたフイラ
メン）！き付けされた円錐形エンドターン支持装置を用
いるのが便利である。

この円錐形支持装置では各フィラメントの巻付はピッチ
が異るようにフィラメントが巻き付けられる・このピッ
チを変えることによって円錐形支持装置の熱膨張係数と
弾性係数とをその軸方向長さに沿って変えること、がで
きる。この変化は円錐形支持装置の軸線方向の熱膨張係
数が支持されたエンドターンの熱膨張係数に近似するよ
うに調節することができる。

本発明の円錐形支持殻装置にはさらにエンドターンとの
間に信頼できる給食を達成するために変形可能な部材が
設けられている。さらに、この変形可能な部材とそれに
隣接するエンドターンとの間には本発明の支持装置のこ
れら部材間のわずかな運動を許す薄い歪み取り部材が設
けられている。

本発明の円錐形支持装置はその放射方向外側に設けられ
たブラケットによって支持されている。このブラケット
は放射方向に延びた非磁性ボルトによって円錐形支持装
置に締付けられている。

以下、添付図面を用いて本発明の実施例゛を説明する。

本発明は発電機ステータコイル組立体のエンドターンの
機械的支持装置に関するものであり。

この支持体はフィラメント巻付は部材を有する円錐形支
持部材コーンｉｏで構成され、上記フィラメント巻付は
部材は樹脂マトリックス中に鳳め込まれたガラスフィラ
メントで構成され且つ４＃頭円錐体の形状をしている。

上記コーン１０は軸方向小径端／２と軸方向大径端／４
１とを有している。コーンｉｏの内面には周方向にのび
た複数の＃１７６が形成されている。以下で詳細に説明
するように、上記の溝／４はコーンＩＯの内面上に固く
固定される発電機ステータの巻線のエンドターンのため
の手段を提供する。

コーン１０の外面にも周方向にのび九複数の溝ｉｔが設
けられている。これらのｇｔｔはコーンの放射方向外側
に配置される支持部材にコーン１０を強固に固定するた
めの手段を提供する〇コーンｌθはステータ巻−組立体
のエンドターンの放射方向外側に配置される。典型的な
電台形を有するエンドターンコイルバスケットを形成し
ている。支持コーン１０の内面は外側のエンドターンコ
イルとこの内面が平行になるような角！！ｔＫ成形され
ている。以下で詳細に説明する理由によって、コーンｉ
ｏはその軸方向内端縁／−とその軸方向外端縁／４’と
が互いに異る熱膨張係数となるようにするのが望ましい
。

本発明によればこの熱膨張係数の差を所定の値にするこ
とが可能となる。

第２図はフィラメント巻付はコーン２０を概念的に示し
である。当業者には明らかなように。

コーンλＯの有効熱膨張係数はガラスフィラメント２コ
又はコダの熱膨張係数と、樹脂に対するガラスフィラメ
ントの重量比と、コーンの樹脂マトリックスの熱膨張係
数とによって決まる。

しかし、さらに、軸方向と周方向の熱膨張係数はコーン
の中心軸線コｌに茹するガラスフィラメントの角度にも
依存することは明らかである。

第２図はコーン−〇の回転中心に対してガラスフィラメ
ントがコーンの小径端／コの所で角度θ工で咎付けられ
、　またコーンの大径端ｌ＃の轡で角度θ。で巻付けら
れていることが示しである。軸方向と周方向の両方に関
係するガラスフィラメントーー又はλ亭の熱膨張係数の
成分は上記の角３ａによって決まる。この角度θが小さ
いと、熱膨張係数の軸方向成分はガラスフィラメント自
体の熱膨張係数にほぼ等しくなる。

一方、この角度θが大きくなると、熱膨張係数の周方向
成分はガラスフィラメント自体の熱膨張係数にほぼ等し
くなる。第１図かられかるように、コーンコθの小径端
近くに設けられたガラスフィラメントココはコーンの大
径端近くのガラスフィラメントの角度θ。よりも大きい
角度θ工で巻き付けられている。このように異る角度に
する効果はガラス繊維の熱膨張係数を基本としてその軸
方向熱膨張係数成分が大径端／ダより小径端／コΦ方が
大きくなることである。

逆に１周方向熱膨張係数は大径端／亭より小径端ｌコの
方が小さくなる。第一図および上記の説明からコーン２
０のような部材の＃１彊係数はガラスフィラメント２Ｊ
又は、コ亭の各巻付は角度θＩ又は＃０とその長さとに
、よって決まる。

第３Ａ図、第３Ｂ図は巻付は角度θに対する弾性モジュ
ールＥと、熱膨張係数αとの間の関係を示している。第
３Ａ図Ｆｉｅ付は角がゼロの所の軸方向の弾性モジュー
ルハはガラスフィラメントの弾性モジュールと実質的に
同じであることを示している。この最大値はガラスフィ
ラメントの弾性モジュール、従ってこのモジュールの任
意の方向における最大有効成分を示す水平点４１　ＥＭ
で示されている。角度θが増加すると、第３Ａ図から明
らかなように軸方向弾性モジュールＥＡは減少する。同
様に、角度０が増加すると１周°方向すなわちフープ方
向の弾性モジュールＥＨが増加する。　もちろん、第３
Ａ図に示した結果は経験的な経過であって、これはコー
ン中の樹脂マトリックスに対するガラスフィラメントの
比率に大きく依存するということに注意する必要がある
。＠３Ｂ図は熱膨張係数αに対する同様な曲線を示し、
フープ方向はα、で、軸方向はα、で示しである。第３
Ａ図。

編３Ｂ図から明らか、なように、巻付は角度を正しく選
択することによって熱膨張係数と弾性係数は任意の状態
に対して最適に変えることができる。

既に述べたように、ステータコイル組立体のエンドター
ン部分はそれと組合されるステータコアから軸方向及び
放射方向の両方にのびて一般に円錐台形のエンドターン
を形成する。このエンドターンはインボリュート軌道に
沿って周方向にものびる。従って、このように複雑な形
状を各エンドターンコイルがとるために、エンドターン
コイルは長さ方向の外に軸方向とフープ方向に異る合成
熱膨張係数を持つことになる。

各コイルの熱的特性はその長手方向に沿って実質的に均
一ではあるが、各エンドターン構造体は熱的特性に影響
を与えるスペーサー等の他の成分を含んでいる。さらに
、各コイルは複雑な形状を持っているため、対象となる
電動機の中心線とコイルとの間の角度は常に変化し、そ
の結果これら特性の軸方向及び放射方向鳴動成分はその
軸方向及び放射方向長さに従って変化する。

以下１例示のために、これらの熱膨張係数の典型例につ
いて説明する。コアースロット中のステータコイルの熱
膨張係数αは通常は／　Ｊ　Ｘ　／　０　”　ｉｎ／ｉ
ｎ／Ｃである。コノ値はコイル内の材料の組合せと、コ
イルの導体がその直線部分内に置き換えられているとい
う事、実との結果である。コイルがコアーから出る点で
の熱膨張係数は軸方向で約／　７　Ｘ　１０　’　ｉｎ
／ｉｎ／ＣＴ　する。同じコイルが軸方向、放射方向及
び周方向のインボリュート軌道に沿ってのびた場合、コ
イルバスケットの軸方向ＰＡ膨張係数はλ０×１０−・
ｉ　ｎ／　ｉ　ｎ／　Ｃ以上の値に近づく。コイルの形
状によって軸方向係数は異るが、上記の例によってエン
ドターンの軸方向熱膨張係数はその長さに従って大巾に
変化するということが明らかに示されている。さらに、
放射方向の熱膨張係数も同様な理由でその長さに従って
変化するということは当業者には明らかであろう。

以上説明した例から、エンドターン組立体を。

熱膨張係数が隣接するエンドターンの熱膨張係数にその
長手方向に沿った各点に於て正確に一致する構造体の中
で支持するのが望ましいのは明らかである。さらに、こ
の支持構造体は装置の適当な設計規格に入る弾性葆数を
も有していなければならないということは明らかである
。

従って１本発明の円錐形支持構造体を製作するのに用い
る巻付は角度を決定する際には、第ＪＡ図、第ｊＢ図に
示すような熱膨張係数、弾性係数及び巻付は角度の間の
関係を考えなければならない。

上記の膨張と強度の両特性を満足させるためには、第３
Ａ図、第３Ｂ図の破＠Ａ、Ｂで示したλつの角度を選択
することができる。通常は（第２図のθＩと００に対応
する）角度を２つの互いに矛盾する因子である膨張と弾
性の両者を妥協させた角度に選択する。例えば、第３Ａ
図。

第３Ｂ図に示すように、破ＪＩＡは約３７度の角度θ０
を示し、破ＨＢは約＃夕度の角度θＩを示す。この例に
おけるこれらの値・・は弾性係数とのかね合いて設計上
の限界にある最適熱膨張係数である・ 第２図では単にａつの巻付は角度θ０とθ工のみを示し
たが、コーンコＯにはその軸方向両端の間で連続的に変
化する角度で巻付けを行うことができる。それによって
両端ｌλとｌダの間でコーンの軸方向熱膨張係数をしだ
いに増加させることかで話る・ 第参図はステータコイル組立体の７つのエンドターンダ
コと組合された円錐形支持部材１０を示している。この
第ダ図の断面図では単に１つのエンドターン４ｔコしか
図示していないが。

この円錐形支持部材１０はこのステータコイル組立体の
中心軸線ダダの囲りに円錐状に配列された複数のエンド
ターンのための機械的支持体を提供するものであるとい
うことは理解てきようＯ エンドターン弘コと円錐形支持部材ｌＯの放射方向内面
との間には変形可能部材４１Ａａか配置されているＯこ
の変形可能部材４（Ａｌｌは以下で詳細に説明するよう
に、エンドターン亭−を円錐形支持部材１０に強固に喉
付ける変形可能な取付装置を構成している。これはエン
ドターン４１コと円錐形支持部材１０の両方に強固に接
着している・この接着力は隣接面への従順変形性と円錐
形支持部材内面上の溝１４と°の作用で増大する。この
変形町訃部材４Ｉ４ａｌｄ円錐形支持部材１０の内面に
近似したそれと平行なエンドターンダーの放射方向外面
にほぼ沿って配置されている。

エンドターン４ｃコと変形５Ｊ能部材４１Ａａとの間に
は両者の平行面間の一部の距離の区間に歪み覗り部材４
４Ｋが配置されている。この歪み喉り部材４ｔｔはゴム
層弘ｊａとダクロン布層＊ｔｂの２層で構成されている
。ゴム層＋ｒａＨエンドターンダコに結合され、ダクロ
ン布層ｑｔｂは変形可能部材ＩＡ＆に結合されている。

この歪み収り部材４Ｉｆは既に述べたようにエンドター
ンｌＩコと円錐形支持部材１０との間の相対運動が最も
はげしい所のエンドターン４ｔλの軸方向外側部分に配
置されている。これらλつの部材間で相対運動が生じた
時には、この歪み暇り部材４ｔｔは剪断方向に少しだけ
相対運動を許す状態で両者を強固に保持する役目をする
。　　　　・変形可能部材１Ｉ４ａの放射方向内面には
複数の凹部ｊＯが設けられている。これら凹部ＳＯは変
形可能部材ＩＩＡａとその放射方向内側の部材（エンド
ターン４！コか歪み取り部材＜＜１）との間で一般に円
周方向にのびている。これら凹部の役目はエンドターン
ｌＩコの囲シに結合用タイ３コを通させるためである。

この結合用タイｊコＱ１つのエンドターンを他のエンド
ターンに締付けてより強固なエンドターン組立体にする
のに用いられる。これら凹部ＳＯは変形可能部材ダ６と
それに隣接する部材の間に両表面に接着しない成形具を
挿入し、変形可能部材の樹脂成分が硬化した後にそれを
除去することによって作ることができる。この成形具は
適当な材料でよく、プラスチックでもよい。

円錐形支持部材ＩＯの放射方向外側には少なくとも７つ
の支持装置５グが配置されている。

この支持装置ｇ４Ｉは非磁性材料の平板または円錐形支
持部材を回転電機の主構造体に固定可能な他の任意形状
のもので作ることができる。主構造体に支持装置５ゼを
固定するための手段は本発明の一部ではないので第亭図
には示していない。

支持装置Ｓ４Ｉは円錐形支持部材１０を放射方向に貫通
して支持装ｒｉｔ！ｒ４Ｉ−中へのびた１つ以上の非磁
性ボルトｊ＆によって円錐形支持部材１０に固定されて
いる。これ以外のボルト止め方法は以下で詳細に説明す
るが、第ギ図ではボルトま４が円錐形支持体ｉｏの間隙
孔ｊ７を通って支持装置５デの孔５ｔと螺合している。

ボルトｓｔの放射方向内端にはナラ）１？と座金６０が
螺合しており、これらは端ぐジ孔６コ中に収容されてい
る。

円錐形支持部材１０の外面と支持装置ＳＩＩとの間には
１つ以上の変形可能部材４！４ｂが配置されていて、両
者は強固に固定くれている。この変形可能部材ｔｉｔｂ
の構造と作用は前記の変形可能部材ｑｔａと同じである
。以下、これら変形可能部材層４ａ、４１４ｂの実際の
構造を詳細に説明する。

変形可能部材４１ｂｂとそれと隣接する部材との間を強
固に結合するために１円錐形支持部材ｌθの外面にはｌ
ｉ！数の溝／’ｔが設けられており。

支持装置ｊ＋の放射方向内面には複数の溝６ダが設けら
れている。

第５図に示す変形可能部材層６は第を図で既に示したも
の（ｉ」、ダＡ、ｂ）である。この変形可能部材ケ４は
ダクロン繊維７コで作られ友中空の荒く織られたロープ
７０を含んでいる。

このロープ７０の中心空洞部内には複数のコードγ参が
配置され、全体が室温で硬化可能な樹脂で含浸されてい
る。この構造のものはコードフ参の束に一定量の樹脂を
吸収し、そのコード７参をロープ７０中に挿入し、さら
に樹脂をローブ７０自体に吸収させて作ることができる
。

この方法で作られた変形自在部材！４は次いで一つの瞬
接部材間に配置すれば室温で硬化する。

これによって２つの隣接部材間は変形可能部材４１４と
各部材との間で面対面接触して正しく接着されて強固に
結合される。

ロープ７θとｍ脂とコード７亭の比率を正しく選択する
ことによって、変形可能部材ダ６の熱膨張係数をそれに
隣接する部材にほぼ正確に一致した熱膨張係数に予め選
択しておくことができる。各コード？４Ｉは変形可能部
材ダ６の膨張特性と強度特性を予め選択できるようにす
るためにガラス繊維とダクロン繊維の組合せで作ること
もできる。

第６図は前記の歪み取り部材をさらに詳細に示したもの
である。この歪み暇り部材ａｔはその放射方向外面が円
錐形支持部材ＩＯ（第１゜ダ図の参照符号ｉｏ）＠でエ
ンドターンｌＩ２に取り付けられ、変形自在部材（第参
図の符号１１ｎ　４　！Ｌ）と接触している。この歪み
取り部材はエンドターン亭−に強固に吹付けられたゴム
層ゼｊａと変形可能部材（第亭図の＋Ａａ）に強固に喉
付けられたダクロン布層＋ｔｂとで構成されている。既
に述べたように、エンドターンの膨張と両隣接部材間の
わずかな熱膨張係数の差との相乗効果によってこの区域
にわずかな量の相対運動が生じる。歪み取り部材ａｔは
この運動を吸収してエンドターン亭コあるいは両隣接部
材に生じる有害作用を防止する役目をする。

歪み取り部材ケｔは構造上の一体性を保持し九壕ま変形
する゛ことによってＸ、　Ｙで示す相対運動に対抗する
。ゴム層ｐｒｔとダクロン布層４１ｇｂは互いの間と隣
接部材の間との接触を維持したままゴム層ダＨａに結合
したエンドターン亭コとダクロン布層ｔｂに結合した変
形可能部材との間の相対運動を吸収する０ 第７図は第ダ図に示すボルト止め構造の断面図である。

この非磁性ボルト５６は円錐形支持部材１０の間隙孔Ｓ
７を貫通して支持装置！参のネジ孔Ｓｔと螺合している
。ポル）＆４の放射方向内端は座金６０を介してナツト
！テと螺合している。ナツト！デと座金６０は端ぐシ穴
４コ中に収容されている。円錐形支持部材ＩＯと支持装
置１＋との間には変形可能部材ダ４ｂが配置されている
。両部材（ｉｔ、６４ｔ）　　には変形司能部材ｌｌ４
ｂと強固に機械結合するように溝が付けられている。

第１図は第７図の変形実施例を示している。

第を図では非磁性ボルトｊ４が円錐形支持部材１０のネ
ジ孔ヂコに挿入され、支持装置４４Ｉの間隙孔９４（を
介して凹部ゾロへとのびている。

ナツトタデは座金を介してボルト１４に螺合し。

ナツトｚｖ上には図示するようにＵ字形保持具デフが設
けられている。ナラ）７？、座金４０及び保持具デフは
全て凹部デ４中に配置されている。保持具ｔ７を固定す
るために、孔１１を介して保持具の脚の囲りにコード９
９が善き付けられている。

第１図の保持具デフとデフはナツトタデと座金６０がゆ
るんで回転電機中ではずれないようにするものであり、
これは第一図乃至第７図の実施例では不要なものである
。すなわち、第一図乃至第７図ではナツトタデと座金乙
Ｏは変形可能部材がこれらの上に存在した状態で凹部６
コ中に保持されている。

本発明は支持構造体の膨張特性を予め選択することによ
ってエンドターンの膨張特性に近似させることが可卵な
回転電機のステータエンドターン用支持装置を開示した
ものであることは当業者には明らかであろう。本発明は
さらに部材間のわずかな相対移動によって支持構造体が
破壊しないようにする手段を提供するものであることも
明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は円錐形支持部材を示す図。 第一図は異る巻き付は角度を示す概念図。 第３Ａ図は巻き付は角度の関数としての軸方向とフープ
方向の弾性係数の関係図。 第３Ｂ図は巻き付は角度の関数としての軸方向とフープ
方向の熱膨張係数の関係図。 第一図は回転電機のエンドターンの図。 第３図は変形可能部材の図。 第４図は歪み喉シ部材の図。 第７因はボルト止め構造の一実施例の断面図。 第を図社第７図を変形したボルト止め構造の実施例の断
面図である。 １０・・円錐形支持部材、／ｌ・拳溝、ココ。 コダ・・フィラメント、　ｉ」・・変形可能部材（吹付
装置）、４ｔｔ・・歪みｊ！！２９部材（相対運動を許
す装置）、ＳＯ・―支持装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　ＩＦ数の円筒形状のステータコイルのエンド
   ターンを支持するエンドターン支持装置を含む回転電機
   であって、上記支持装置は第１支持部材を有し、この第
   １支持部材は非磁性。 且つ内ａ表面を有してシャ、上記エンドターンは上記内
   側表面の近くにそれと平行に配置されており、上記ボア
   は中心軸線と第１及び第コの軸方向端とを有し、上記第
   １支持部材は前記ボアの囲シに螺旋状に巻き付けられた
   フィラメントを有するフィラメント巻き付は構造体であ
   り、上記フィラメントは上記第１の軸方向端区域では第
   １所定角度で巻き付けられ且つ上記第コの軸方向端区域
   では第２所定角度で巻き付けられており、上記内側表面
   には局方向に延びた溝が形成されており、上記支持装置
   はさらに、上記エンドターンを上記内側表面に覗付ける
   九めの変形可能な取付は装置と、上記エンドターンおよ
   び上記取付は装置間の相対運動を許す装置と、上記支持
   部材を支持する支持装置とを有し、上記支持装置が上記
   支持部材の放射方向外側に配置されてなる回転電機。 （２）上記第１支持部だと上記支持装置との間に配置さ
   れた変形可能要素を含む特許請求の範囲第１項に記載の
   回転電機。 （３）上記変形可能な取付は装置が樹脂材料を内部に含
   浸した中空の荒く織られたロープである特許請求の範囲
   第１項又は第２項記載の回転電機。 （＃）上記中空ロープがその中に配置された複数の繊維
   と組合されてなる特許請求の範囲ｆｉＥ３項記載の回転
   電機。 （！ｒ）上記繊維がダクロンとガラスフィラメントとを
   含む特許請求の範囲第ダ項記載の回転電機。 （６）上記運動を許す装置がゴムとダクロン布との積庸
   体で・−あるパッドである特許請求の範囲第１項乃Ｌ７
   １．ｚ項のいずれか一項記載の回転電機。 （７）　　上記ゴムがエンドターンに、また上記ダクロ
   ン布が変形可能な取付は装置に各々取付けられてなる特
   許請求の範囲第６項記載の回転ＳＩｔ機。 ｆｆｌ　　上記樹脂が室温で硬化可能である特許請求の
   範囲第３項乃至第７項のいずれか一項記載の回転電機。