(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
現場で発電機のステータを組立てる方法であって、
組立てベースを組立てサイト上に配置し、
ステータフレームの一端を組立てベース上に配置し、
ステータの複数のコアモジュールをステータフレーム内に積み重ね、
ステータの複数のコアモジュールをクランプしてステータスロットを有するステータコアを形成し、
ステータコアをステータフレームに固着し、
ステータコアをステータフレームに固着した後、組立てベースをステータフレームから取り外し、
複数のコイル巻線をステータスロット内に巻回するステップよりなる現場で発電機のステータを組立てる方法。
【請求項２】
ステータフレームを組立てサイトの組立てベース上にほぼ垂直に配置することを特徴とする請求項１の方法。
【請求項３】
ステータの複数のコアモジュールをクランプするために、複数の貫通ボルトを使用するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１の方法。
【請求項４】
ステータコアをステータフレームに固着した後でステータフレームをほぼ水平に再配置するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発電機器の設計製造及び組立てに関し、さらに詳細には発電機のステータの組立て方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
作動可能な発電機は、フレームとコアを含むステータ、ロータ、少なくとも１つのコイル巻線、及び発電機をターンギヤまたはタービンに結合する結合手段よりなる。
【０００３】
発電機のステータのコアはタービン発電機セットの部品のうち最大の部品である。ステータのコアは従来より、比較的薄い鋼板を何千枚も積み重ねて層状となし、それらを圧縮しクランプしてステータコアの形状（例えば大きな円筒状）にすることにより製造されている。ステータコアの幾何学的形状を維持し、発電機の運転時ステータコアにかかる電磁力に耐えるようにするためクランプが必要とされる。成層体のクランプが適切に行われないと、発電機の運転時磁気インパルスまたはコアの楕円膨脹により鋼板が振動を起こすことになる。加えて、せいそうたいの間に空隙があると熱抵抗が高くまた冷却効率が低下することになる。鋼板間に充填剤を挿入して鋼板の中高に起因する空隙を補償することが一般的に行われている。さらに、これらの充填剤によりクランプ圧が鋼板の領域全体に亘って均等に分布されるようになる。
【０００４】
ステータのコアは最終的な製造組立てサイトで鋼板を直接組立てることにより製造されるのが一般的である。しかしながら、ステータのコアはサイズは大きく適切なクランプが必要であるため組立てのための大きい床面積を必要とすること、また高能力のクレーンを必要とすることなどステータのコアの製造に種々の難点がある。従来、円筒形のステータコアを形成するために２つの組立て方法が用いられてきた。その１つは、鋼板をステータのフレーム内に直接積み重ねる方法、もう１つの方法は、鋼板を最初に積み重ねた後外部の積み重ね用取付け具でクランプする方法である。完成したステータのコアを大型クレーンで吊り上げてステータのフレーム内に乗せる。
【０００５】
従来の方法によるステータのコアの製造には、完成までに時間がかかること、また他の関連の製造上の難点がある。例えば、コアをステータのフレーム内に直接積み重ねる場合、製造工程を開始する前にフレームを組立サイトへ運ぶ必要がある。さらに、鋼板を次々に積み重ねて圧縮しクランプするために中間的にコアを圧縮する装置が必要である。一方、ステータのコアを外部の取付け具内で製造する場合、製造前にフレームをそのサイトまで持ち込む必要はないが、外部の取付け具自体が製造コストを増加させる原因となり、サイトの床面積がそれだけ必要となる。加えて、外部の取付け具を用いる方法では組立て済みのコアをステータのフレーム内に吊り上げ吊り下ろすに必要な充分な高さをもつ大型クレーンが必要となる。従来の製造方法のいずれを用いるにしろ、コアの積み重ね工程には
数日を必要とする。
【０００６】
従来の方法で組立てるステータのコアはこれらの組立て上の難点に加えて動作上の問題もある。かかるコアには使用するにつれて圧密または弛んだ状態になるという傾向がある。この傾向を減少させるために組立て時に種々の一体化法と大きなクランプ力を必要とするが、これらにより組立て時間とコストがさらに増加する。加えて、成層体を定位置で保持するためにコアの端部に重量のある構造部材が必要となり、また将来的に再び締付け作業を行うためのアクセスが必要となる。
【０００７】
発電機をサイトで組み立てるに必要な部品を製造するためのコストを最小限に抑えることが望ましい。発電機の部品を過大な量製造すると貯蔵コストが増加し製品に無駄が生じることになる。このため、発電機の部品の在庫管理を改善することにより過大な量の生産に起因する製造及び貯蔵コストを減少する必要がある。
【０００８】
従って、作動可能なステータを現場または他の場所で組立てる方法を改良する必要性が依然として存在する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明はステータを現場で組立てる方法を提供することにより上記の必要性を満足するものである。
【００１０】
本発明によると、現場で発電機のステータを組立てる方法であって、組立てベースを組立てサイト上に配置し、ステータフレームの一端を組立てベース上に配置し、ステータの複数のコアモジュールをステータフレーム内に積み重ね、ステータの複数のコアモジュールをクランプしてステータスロットを有するステータコアを形成し、ステータコアをステータフレームに固着し、ステータコアをステータフレームに固着した後、組立てベースをステータフレームから取り外し、複数のコイル巻線をステータスロット内に巻回するステップよりなる現場で発電機のステータを組立てる方法が提供される。
この組立て方法は、種々の段階で、ステータフレーム、組立てベース、複数のステータコアモジュール、少なくとも１つのキーバー、複数のコイル巻線及び１つの実施例では複数の貫通ボルトを利用する。
【００１１】
本発明のステータ組立て法によると、ステータは、組立てベースをステータフレーム内に配置し、ステータの複数のコアモジュールをステータフレーム内に挿入し、ステータのコアモジュールをクランプしてステータコアを形成し、キーバーを締め付けてステータコアをステータフレームに固着することにより現場で組立てることができる。１つの実施例では、ステータのコアモジュールを貫通ボルトによりクランプする。
【００１２】
ステータコアを現場で組立てた後、複数のコイル巻線をステータコアに巻き付けることによりステータを完成させる。コイル巻線の巻付け工程では現場での迅速巻取法を用いることが望ましい。
【００１３】
本発明の組立て法を用いると、ユーザーはステータを現場で、即ち発電機の最終的使用サイトの近くで組立てることが可能となる。ステータの現場組立て方法を用いると、前もって組立てたステータを輸送する必要がなくなる。その結果、関連の吊上げ装置、輸送コスト及び完成したステータの積み込み、輸送、積み降ろしに必要な時間も減少する。このステータ組立て方法はまた組立て済みのステータを取付け位置に配置するために常用する大型クレーンを現場で必要としなくなる。
【００１４】
本発明の方法のその他の利点については、製造者が発電機の部品を専用の部品工場で前もって製造できることにより得られるものである。このアプローチは製造コストの点で効率が高いだけでなく、製造者は発電機部品を工場で製造し貯蔵できるようになる。その結果、ステータの部品をすぐに使用するための在庫が可能となる。このため、製造者は発電機に対する顧客の注文に、発電機を予め組立てておく場合よりも迅速に応じることができると共に部品の過剰な生産を行う可能性が減少する。同様に、本発明の現場組立て法では、予め部品を組立てておく方式により顧客の注文からステータ及び発電機の現場での据付けまでの一貫したサイクル時間が減少する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本明細書において用いる用語「現場」は、組立て済み発電機の最終使用サイトの近傍における任意の組立て位置を一般的に指すものである。
【００１６】
同一参照番号が図面全体に亘って同様な構成要素を指示する図面を参照して、図１は本発明に使用するステータコア製造用のコアプレート２０の一例を示す。各コアプレート２０は鋼板のような鉄材から打ち抜き加工により製造され、複数の孔２２、ノッチ２６及び溝２８を有する。コアプレート２０は、例えばリング２４を形成するようにリング状に配置する。各リング２４は、多層のステータコアモジュールの単一層を形成する。図１に示す例では、９個のコアプレート２０を単一リング２４を形成するように配置しているが、本発明の範囲から逸脱することなく任意適当な数のコアプレートを任意の所望直径のステータコアに使用できるような形状に製造することが可能である。
【００１７】
図２に示すように、多層のステータコアモジュール１０は複数のリング２４を積み重ねて形成する。リング２４を積み重ねるに際し、各コアプレート２０の孔２２、ノッチ２６、溝２８が隣接するリング２４のコアプレート２０の孔２２、ノッチ２６、溝２８とそれぞれ整列するように重ねる。図２に示す例では、５個のリング２４を積み重ねて１つのコアモジュール１０を形成しているが、本発明の範囲から逸脱することなく任意適当な数の層を用いてもよい。
【００１８】
発明者Sargeantの出願は、複数のリング２４からステータのコアモジュール１０を製造する方法を開示している。この方法では、積み重ねたリング２４をモジュール取付け具内でクランプすることにより各コアモジュール１０を製造する。積み重ね、クランプしたリングを真空室内に置いて樹脂を適用する。次いで、この真空室を加圧して樹脂をコアプレート２０間に浸透させる。クランプしたリングを真空室から取り出して、オーブンに入れる。樹脂が硬化するまでオーブンを加熱して、コアモジュール１０を完成させる。最後に、完成したコアモジュール１０をモジュール取付け具から取り外す。このようにして製造したコアモジュールは、本発明の発電機組立法に使用可能な部品となる。
【００１９】
本発明のステータ組立て方法に使用する部品を図３及び４に示す。図３は、現場で組立て中のステータを示す展開破断図である。ステータ６０は、ステータフレーム５０と、ステータコア５２とよりなる。従来のステータとは異なり、ステータ６０は複数のコアモジュール１０を組立てたものである。各コアモジュールは、上述のプロセスに従って製造する。ステータ６０を製造する幾つかの従来式方法とは対照的に、このステータコア５２はフレーム５０内で直接組立てるため、組立てサイトで別個の外部取付け具を用いる必要がなく、積み重ねたコアモジュールに高圧をかけて圧縮しなくてもよい。ステータの組立てに際してモジュラー型設計のステータコアを用いることにより、さらに別の利点が得られる。例えば、コアモジュール１０を予め組立てておき、ステータの組立て時点で最終組立てサイトへ輸送することができる。その結果、かかるサイトとは異なる所のより条件の良い状態でモジュールを予め組立てることが可能となる。
【００２０】
コアモジュール１０を吊り上げ、フレーム内に降下させるのに必要な装置は、ステータコア全体を吊り上げるに必要な装置と比べればそれ程強力でなくてもよい。この利点があるため、熱伝達及び弛緩を含む動作特性が改良されたステータコアが得られる。最終的な組立て時間は数日から僅か１日の短時間に短縮可能である。
【００２１】
図３及び４を再び参照して、組立て済みの発電機８０は、ステータ６０、ロータ６２及び複数のコイル巻線６４よりなる。ステータ６０のステータフレーム５０の少なくとも一端には軸受ブラケット５８が設けられているが、図４に示すように、ステータコア５２は複数のコアモジュール１０よりなる。キーバー６６は、ステータコア５２をステータフレーム５０のスペーサリング６７に固着して、ステータコア５２がステータフレーム５０内の整列位置に支持されるようにする。ばねバー（図示せず）のような普通の手段をキーバー６６にほぼ平行に配置して、キーバー６６をステータフレーム５０のスペーサリング６７に固着するようにしてもよい。キーバー６６の表面は半球状の表面で、後でステータコアモジュール１０に固定できるようにノッチ２６の形状と相補的である。キーバー６６は、ステータコア５２をロータ６２及びステータフレーム５０に関して配向し、その状態に維持する。
【００２２】
ロータ６２は、ロータ６２を、例えば回転ギヤまたはタービン（図示せず）に連結するための連結手段６８を少なくとも一端に具備する。ロータ６２は、さらに、ロータ６２と軸受ブラケット５８との間の軸受７２により、ステータ６０の内部で回転自在に支持されている。リード７４はコイル巻線６４に電気接続されている。励磁機（図示せず）がロータ６２を磁化するが、この励磁機はリング２４内に磁界を誘導して、電流を発生させ、この電流がリード７４を介して発電機８０から取り出される。
【００２３】
図５は、本発明のステータ組立て方法の好ましい実施例の工程を含むフローチャートである。図５は、発電機組立体をさらに完全にするための工程も含んでいる。
【００２４】
まず、ステータフレーム５０を、図３に示すようなコアモジュール１０を受け入れる第１の姿勢を取るように配置するが、この姿勢はコンクリート製基礎でもよい一般的に隣接する組立て表面またはサイトに関して好ましくは垂直上方に延びる姿勢である。ステップ１０２において、組立てベース５６をステータフレーム５０の一端（即ち、ステータフレームがほぼ垂直の姿勢であれば底部）に配置する。組立てベース５６は、組立て時にコアモジュール１０をステータフレーム５０内の適正位置で支持するために使用する。ステータフレーム５０の組立て完了後、ステップ１０４において、複数のモジュール１０をステータフレーム５０内に挿入する。ステータ組立てに使用するコアモジュール１０の数は、ステータの所望の長さ及びコアモジュールの選択サイズにより異なる。コアモジュール１０を全てステータフレーム５０内の適正位置に配置した後、ステップ１０６において、コアモジュール１０をクランプする。コアモジュール１０をクランプするには、ステータコア５２の孔２２内に軸方向に貫通ボルト６５を挿入し、組立てベース５６を取り外す。貫通ボルト６５は普通の締付け具を備えており、締め付けると、ステータコア５２が完成する。当業者に知られた他の従来型装置によりコアモジュール１０をクランプしてもよい。
【００２５】
再び図３及び４を参照して、リング２４の溝２８を整列させた組立て済みステータコア５２はステータスロット５７を有する。ステップ１０８において、図３に示すキーバー６６を積み重ねた状態のコアモジュール１０に隣接して挿入する。ばねバー（図示せず）または他の普通の装置を各キーバー６６とステータフレーム５０のスペーサリング６７との間にほぼ平行に配置する。キーバー６６を普通の装置によりステータコア５２に固定する。キーバー６６とスペーサリング６７との間にばねバー（図示せず）を配置すると、ステータコア５２をステータフレーム５０に固着できる。この構成は、発電機８０の運転時にステータ６０のステータコア５２が半径方向に振動するのを可能にする。ステータコア５２のステータフレーム５０への固定は適当な普通の装置により可能であることが分かる。
【００２６】
第２の実施例では、ステータフレーム５０を発電機組立体の残部に関して好ましくは水平方向に延びる第２の姿勢をとるように配置する。ステップ１１０では、複数のコイル巻線６４を当該技術分野で知られた巻回法によりステータスロット５７に巻回する。好ましい実施例では、現場迅速巻取法(rapid field rewind techniques)によりコイル巻線６４を巻回する。次いで、ステップ１１４において、ロータ６２をステータコア５２内に挿入し、ステップ１１６において軸受７２をロータ６２と軸受ブラケット５８との間に配置する。その後、ロータ６２、軸受７２及びブラケット５８をステータコア５２に整列させて、適正な装着と封止が得られるように調整する。この時点において、発電機８０は完全組立て状態であり、例えば回転ギヤまたはタービン（図示せず）へ取付けることができる。
【００２７】
「直立」及び「底部」のような相対的方向を示すある特定の用語を本発明のある特定の特徴の説明に用いたが、これらの用語は本発明の範囲を限定するために用いたものではない。
【００２８】
当業者は、本発明はその精神または本質的特徴から逸脱することなく他の特定の形態で実施可能なことが分かるであろう。例えば、モジュールをロックするためフレームの両端にディスクばね及びキーを挿入するようなやり方で完成済みステータコイルを連結する他の方法もある。従って、本発明の技術的範囲の評価に際しては、上記明細書の説明でなくて頭書の特許請求の範囲を参照すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ステータのコアモジュールの製造に用いる単一層を形成する複数のコアプレートの斜視図。
【図２】ステータのコアモジュールの斜視図。
【図３】組立て時におけるステータの展開破断図。
【図４】組立てが完了した発電機の断面図。
【図５】本発明のステータの現場組立て方法を含む発電機の組立て方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２０  ステータのコアプレート
２２  孔
２４  リング
２６  ノッチ
２８  溝
５０  ステータフレーム
５２  ステータコア
５７  ステータスロット
５８  軸受ブラケット
６０  ステータ
６２  ロータ
６４  コイル巻線
６５  貫通ボルト
６６  キーバー
６７  スペーサリング
６８  連結手段
７２  軸受
８０  発電機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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