(57)【要約】【課題】発電電動機械用の連結リング組立体（２００）及び連結リング支持システム（５００）を提供する。【解決手段】本連結リング組立体は、複数の連結リング（２１０）と、連結リングの一部分の周りに配置されたクランプ要素（２４０）とを含む。クランプ要素（２４０）は、複数の連結リングに軸方向及び接線方向支持を与える。本連結リング支持システム（５００）は、連結リング組立体に連結された１つ又はそれ以上の主スプリングバー（５３０）を含む。主スプリングバーは、連結リング組立体の半径方向及び接線方向移動を可能にする。１つ又はそれ以上の補助スプリングバー（５４０）が、主スプリングバーに連結されかつ連結リング組立体の軸方向移動を可能にする。【選択図】      図２
2012115136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電電動機械用の連結リング組立体（２００）であって、
複数の連結リング（２１０）と、
前記複数の連結リングの少なくとも一部分の周りに配置されたクランプ要素（２４０）と、を含み、
前記クランプ要素が、前記複数の連結リングに軸方向及び接線方向支持を与える、
連結リング組立体。
【請求項２】
隣接する連結リング間に設置された遮断材料（２２０）をさらに含む、請求項１記載の連結リング組立体。
【請求項３】
前記遮断材料が、フェルト、フェルト樹脂材料、ラバー、エラストマー及び繊維性材料の少なくとも１つ或いはそれらの組合せである、請求項２記載の連結リング組立体。
【請求項４】
前記複数の連結リング及び遮断材料間に設置された犠牲材料をさらに含む、請求項２記載の連結リング組立体。
【請求項５】
前記犠牲材料が、フェルト、フェルト樹脂材料、ラバー、エラストマー及び繊維性材料の少なくとも１つ或いはそれらの組合せである、請求項４記載の連結リング組立体。
【請求項６】
前記クランプ要素が、機械的締結システムで互いに固定された２つのほぼＣ字形部材（２４０）でさらに構成される、請求項１記載の連結リング組立体。
【請求項７】
前記クランプ要素が、その各々が機械的締結システムで互いに固定されたフランジを有する２つのほぼＣ字形部材（２４０）でさらに構成される、請求項１記載の連結リング組立体。
【請求項８】
前記クランプ要素が、
第１のクランプ要素（４４０）と、
第２のクランプ要素（４４２）と、でさらに構成され、
前記第１のクランプ要素及び第２のクランプ要素が、機械的締結システムで互いに固定される、
請求項１記載の連結リング組立体。
【請求項９】
連結リング支持システム（５００）をさらに含み、
前記連結リング支持システムが、該連結リング組立体に連結された１つ又はそれ以上の主スプリングバー（５３０）を含み、
前記１つ又はそれ以上の主スプリングバーが、該連結リング組立体の半径方向及び接線方向の移動を可能にする、
請求項１記載の連結リング組立体。
【請求項１０】
前記連結リング支持システムが、前記１つ又はそれ以上の主スプリングバーに連結された１つ又はそれ以上の補助スプリングバー（５４０）をさらに含み、
前記１つ又はそれ以上の補助スプリングバーが、該連結リング組立体の軸方向の移動を可能にする、
請求項９記載の連結リング組立体。
【請求項１１】
前記１つ又はそれ以上の補助スプリングバーが、前記発電電動機械のステータフレームにまた連結される、請求項１０記載の連結リング組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電電動機械のステータの導電性部材用の改良型の支持システムに関し、より具体的には、本発明は、ステータ巻線が熱的に膨張及び収縮した時に軸方向に自由に移動することができる発電機用の連結リング支持システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電電動機械ステータの端部巻線は、長手方向ステータスロットから外向きに延びるアーマチュアバーの突出部分である。端部巻線は、アーマチュアバーの方向を逆にしかつそのバーの端部を円周方向に移動させて該アーマチュアバーがそれが出てきたスロットからほぼ１８０°の位置にあるスロットに入ることができるようにするために、必要である。端部巻線はまた、ステータ軸線から半径方向に発散させて、それら端部巻線がステータボア内で回転する発電電動機械のロータを邪魔することがないようにしなければならない。その結果として、ステータ端部巻線は、それらがステータ軸線に対して斜めになっておりかつステータ軸線と同心である切頭円錐形の回転表面の周りでほぼ接線方向に位置している点で、予想以上に複雑な構成になっている。「上部」（半径方向内側）及び「下部」（半径方向外側）バーとして知られている２つの別個のアーマチュアバーが各スロットバー内に配置されている場合には、１つの実施方法は、上部バーをそれら上部バーがその切頭円錐形表面の周りで１つの方向に接線方向に位置するように屈曲させかつ下部バーを回転表面の周りで対向する接線方向に屈曲させることである。上部及び下部バーはそれらバーがスロットから出てきた位置において緊密に隣接しているが、それら上部及び下部バーは、それらがステータから離れるように移動するにつれて互いに半径方向に拡大して、上部バーを下部バーに連結する直列ループのための空間が得られることになるようにしなければならないという事実によって、事態はさらに複雑になる。
【０００３】
この背景を念頭に置くと、絶縁アーマチュアバーを端部巻線領域内に支持するための好適な構造を考え出すのには多くの困難な問題が存在することが分かるであろう。問題は、機械におけるより高い運転温度の出現の結果として、ステータバーのより大きい熱膨張及び構造体内における熱膨張の関連する応力が生じるようになったことにより、一層重要になってきている。アーマチュアバーを通しての電流の通過によって大量の熱が発生し、またバーの有効な気体又は液体冷却を行っているにも拘らず、それらを内蔵するステータスロットに対するバーの熱膨張及び収縮は、端部巻線をステータの長手方向中心に対して軸方向に離れるように移動させる傾向になる。
【０００４】
端部巻線支持システムの必要な強度つまりさらに降伏強度を与えるために広く使用されている１つの支持方法は、突出アーマチュアバーを一連の円周方向支持「フープ」に結合することであった。この方法では、各バーは、エポキシ樹脂などの粘着剤を含浸させたガラスコードのような強力な柔軟コードにより円周方向フープに個々に結束される。一般的な構成では、ステータのいずれかの端部において構造体内の円周方向フープに結合されることになる７２個（又はそれ以上）よりも多くの上部バー及び下部バーが設けられる。
【０００５】
アーマチュアバーを上述のような方法で支持構造体に個別に固定することに加えて、それらアーマチュアバーは、互いに分離されかつ固定されなければならない。このことを達成する１つの方法は、空間に適合しかつアーマチュアバーに結合されるスペーサブロックを使用することである。連結リングは一般的に、同様な方法で遮断されかつ粘着剤含浸ガラスタイを使用して結束されて、軸方向における構造的剛性を保証する。
【０００６】
多くの支持構造において、連結リングは、ステータフレームに固定取付けされかつステータ巻線が熱膨張した時に該ステータ巻線に対して移動することができない。このことにより、連結リング及びステータバー間の電気接続に歪みが生じる可能性があり或いは遮断構成要素に対して過度の力が加わる可能性がある。この歪み／力は、機械の長期間の運転の間にステータ巻線に損傷を引き起こすおそれがある。
【０００７】
高出力機械では、回路の数が１つから２つに増加しまた今や３つ又はそれ以上の巻線回路が機械内で使用されるので、連結リングの数が増加してきた。このことは、機械内におけるリングの列を増加させ、またリングの列の数が増加するので構成要素へのアクセスがより困難になることにより、リングの据付けを一層時間がかかるものにしかつそれらリング及び関連する遮断構成要素を固定するのを一層困難にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，４３６，５２０号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の態様では、発電電動機械用の連結リング組立体を提供する。本連結リング組立体は、複数の連結リングと、連結リングの一部分の周りに配置されたクランプ要素とを含む。クランプ要素は、複数の連結リングに軸方向及び接線方向支持を与える。
【００１０】
本発明の別の態様では、発電電動機械用の連結リング支持システムを提供する。本連結リング支持システムは、連結リング組立体に連結された１つ又はそれ以上の主スプリングバーを含む。主スプリングバーは、連結リング組立体の半径方向及び接線方向移動を可能にする。１つ又はそれ以上の補助スプリングバーが、主スプリングバーに連結されかつ連結リング組立体の軸方向移動を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】発電機の１つの端部における１つの公知の支持システムの部分断面水平正面図。
【図２】本発明の態様による、改良型の連結リング組立体の断面を示す図。
【図３】本発明の態様による、改良型の連結リング組立体の断面を示す図。
【図４】本発明の態様による、改良型の連結リング組立体の断面を示す図。
【図５】本発明の態様による、連結リング支持システムの断面図。
【図６】本発明の態様による、連結リング支持システムの上面図。
【図７】本発明の態様による、連結リング支持システムの断面図。
【図８】本発明の態様による、連結リング支持システムの上面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、図１を参照すると、１つの公知の発電電動機械におけるステータ１の一部分の水平正面図を示しており、ステータ１は、円周方向フランジリング２を含む。ロータ６が図１の上部近くに示すボア３内で回転する。フランジリング２及びその他の支持部材（図示せず）を含むステータ１の主構造部材が、ステータ中心ボア３を形成しかつそれを通して上部アーマチュアバー４及び下部アーマチュアバー５のスロット内配置部分を通過させる多数のスロット付きコア積層体を収容しかつ支持する。上部バー４は、それらバーがスロットから出てきてかつ参照符号４ａで示すようにインボリュートカーブに連続するにつれて円周方向及び半径方向の両方向に屈曲する。同様に、下部バー５もまた、参照符号５ａで示すように半径方向にではあるが対向する円周方向に発散する。従って、これらの部分４ａ及び５ａは両方とも、ステータ軸線に対して斜めになっておりかつステータ軸線の周りにある切頭円錐形の回転表面に対して接線方向に位置するようなインボリュートタイプの構成として屈曲される。
【００１３】
発電機ロータ６は、ステータ１のボア３内で回転する。ステータ外周部の一側上の上部バーは、ほぼ正反対に位置する下部バー５と連結され、この連結により、「直列ループ」８が構成される。直列ループ８は、図１の図面の平面内に回転して半径方向における部材の適当な間隔を示すようになること、及び直列ループ８は実際には、同一のスロットから出てくる部分４ａ及び５ａを連結しないことを理解されたい。
【００１４】
ステータ外周部の周りで間隔を置いて、円周方向連結リング９ａに到る導線９を通してアーマチュア巻線から電力が引出される。連結リング９ａは次に、高電圧出口端子（図示せず）に連結される。連結リング９ａを所定の位置に保持する支持構造体は、その全体を参照符号１０で示している。幾つかのそのような連結リング支持構造体１０は、端部巻線の外側でステータの周りに円周方向に間隔を置いて配置されかつ円周方向フランジ２と一体形にされた半径方向ウェブ２ａにボルト止めすることによって該円周方向フランジ２に取付けられる。連結リング支持構造体は、その下面が軸方向に延びる下部部材１０ｂに強固にボルト止めされたフランジ部材１０ａによって支持される。その全体を参照符号１０ｅで示す上部傾斜部品は、部材１０ａの面に取付けられてステータに向かうその移動を防止するショートレッグ部１０ｄと連結リング９ａの上方をかつ下部部材１０ｂとほぼ平行に延びるロングレッグ部１０ｅとを含む。ロングレッグ部１０ｅは、該ロングレッグ部１０ｅの端部を受ける孔１０ｇによって支持体１０ｆ内に支持される。支持体１０ｉは、下部部材１０ｂに取付けられる。
【００１５】
次に、アーマチュア端部巻線のための支持システムに移ると、上部バー延長部分４ａ及び下部バー延長部分５ａは、内側支持部材１１及び外側支持部材１２によって保持される。これらの内側及び外側支持部材１１、１２は、ステータボアの周りに円周方向に間隔を置いて配置されかつそこからほぼ軸方向及び半径方向外向きに延びる。従って、部材１１、１２は、ステータ軸線とほぼ同一平面内に配置される。内側支持部材１１は、切頭円錐形の回転表面に平行に位置した支持表面１１ａを形成する、つまり内側支持部材１１の各表面１１ａは、バー部分４ａが斜方向にステータ軸線と交差した状態でステータ軸線から円錐形の要素として発散する。同様に、外側支持部材１２は、支持表面１２ａを形成し、この支持表面１２ａもまた、バー部分５ａが斜方向にステータ軸線と交差した状態でステータ軸線から円錐形の要素として発散する。表面１１ａ、１２ａは、正確には平行でないが、互いに半径方向に僅かに発散して、スロット付近における上部及び下部バー間の参照符号１３で示すような半径方向間隔が、直列ループにおける上部バー４及び下部バー５間の参照符号１４で示すような半径方向間隔よりも小さくなることを可能にするようになる。
【００１６】
支持部材１１、１２の表面１１ａ、１２ａは、それぞれ長手方向グルーブ１１ｂ、１２ｂを備えている。グルーブ１１ｂ、１２ｂ内に配置されかつ表面１１ａ、１２ａ上を延びているのは、組立時に未硬化の又は柔軟な状態でグルーブ内に配置された熱硬化性樹脂の細長いパッド１５である。内側及び外側支持部材１１、１２は、ボルト１６及び絶縁引張部材により図示した引張部材によって互いに固定締結される。部材１７は、Ｔ字形調整ボルト１７ｂに固定されたガラスロープタイ１７ａから成る。しかしながら、これらのガラスタイは、緩く作用し、それによって連結リング上への荷重を増大させる傾向になる。
【００１７】
発電機又はモータ端部巻線の連結リングは、ステータバーの膨張及び収縮による厳しい熱負荷を受ける。それらのレイアウトによる連結リングの熱膨張差はまた、それら連結リングにわたる相対変移を引き起こす。熱及び振動負荷に耐えるような軸方向、半径方向及び接線方向剛性を連結リング遮断部（遮断材料）に与えることは有益であると言える。本発明の態様は、固定構成を使用することによって連結リング組立体に軸方向剛性を与える。
【００１８】
図２は、連結リング組立体２００の断面図を示しており、連結リング組立体２００は、連結リング２１０、隣接する連結間の遮断部２２０、犠牲材料２３０、クランプ要素２４０及びボルト止め機構２５０を含む。遮断部２２０は、フェルト、フェルト樹脂材料、ラバー、エラストマー、繊維性材料又はあらゆるその他の好適な材料で構成することができる。犠牲材料は、フェルト、フェルト樹脂材料、ラバー、エラストマー、繊維性材料又はあらゆるその他の好適な材料とすることができる。２つのクランプ要素２４０は、ほぼＣ字形でありかつ機械的締結システム（例えば、ボルト及びナット構成）で互いに固定される。２つのみのボルト／ナットを図示しているが、あらゆる好適な数の適切なファスナ又はその他の締結システムを使用して２つのクランプ要素２４０を互いに固定することができることを理解されたい。これまで公知の方法では、連結リングを固定するためにガラスタイが使用されておりまたこれらのガラスタイは、緩く作用し、それによって連結リング接合部上への荷重の増大を引き起こす傾向になっていた。本発明のクランプ要素２４０を含む連結リング組立体２００は、軸方向及び接線方向支持並びに剛性を与え、それによりガラスタイに関連する荷重の増大の問題を減少させる。
【００１９】
図３は、連結リング組立体３００の断面図を示しており、連結リング組立体３００は、連結リング３１０、隣接する連結リング３１０間の遮断部３２０、犠牲材料３３０、クランプ要素３４０及びボルト止め機構３５０を含む。遮断部３２０は、フェルト、フェルト樹脂材料、ラバー、エラストマー、繊維性材料又はあらゆるその他の好適な材料で構成することができる。犠牲材料３３０は、フェルト、フェルト樹脂材料、ラバー、エラストマー、繊維性材料又はあらゆるその他の好適な材料とすることができる。２つのクランプ要素３４０は、ほぼＣ字形でありかつ機械的締結システム３５０（例えば、ボルト及びナット構成）で互いに固定されるフランジ３４２を有する。２つのみのボルト／ナットを図示しているが、あらゆる好適な数の適切なファスナを使用して２つのクランプ要素３４０及びそれらのそれぞれのフランジ３４２を互いに固定することができることを理解されたい。本発明の連結リング組立体３００は、軸方向及び接線方向剛性を与え、それによりガラスタイに関連する荷重の増大の問題を減少させる。
【００２０】
図４は、連結リング組立体４００の断面図を示しており、連結リング組立体４００は、連結リング４１０、隣接する連結リング４１０間の遮断部４２０、犠牲材料４３０、第１のクランプ要素４４０、第２のクランプ要素４４２及びボルト止め機構４５０を含む。遮断部４２０は、フェルト、フェルト樹脂材料、ラバー、エラストマー、繊維性材料又はあらゆるその他の好適な材料で構成することができる。犠牲材料４３０は、フェルト、フェルト樹脂材料、ラバー、エラストマー、繊維性材料又はあらゆるその他の好適な材料とすることができる。２つのクランプ要素４４０、４４２は、機械的締結システム４５０（例えば、ボルト及びナット構成）で互いに固定される。２つのみのボルト／ナットを図示しているが、あらゆる好適な数の適切なファスナを使用して２つのクランプ要素４４０、４４２を互いに固定することができることを理解されたい。本発明の連結リング組立体４００は、軸方向及び接線方向剛性を与え、それによりガラスタイに関連する荷重の増大の問題を減少させる。
【００２１】
図５は、連結リング支持システム５００の断面図を示している。連結リング支持システム５００は、連結リング組立体５２０に連結された主スプリングバー５３０を含み、また連結リング組立体５２０は、連結リング５１０を支持する。１つの好ましい実施形態では、２つの主スプリングバー５３０が、連結リング組立体５２０に連結される。主スプリングバー５３０は、連結リング５１０及び連結リング組立体５２０の半径方向及び接線方向の移動を可能にする。図５では、半径方向は上方又は下方であり、また接線方向はページ内又はページ外方向となることになる。
【００２２】
主スプリングバー５３０はまた、補助スプリングバー５４０に連結される。補助スプリングバー５４０は、ステータフレーム５５０又はその他の好適な支持体に連結しかつ連結リング５１０及び連結リング組立体５２０の軸方向の移動を可能にすることができる。図５では、軸方向は左又は右方向であり或いはページを横切って延びる水平線によって示されることになる。補助スプリングバー５４０は、軸方向移動を可能にするようなリーフスプリング又はあらゆるその他の好適な機構とすることができる。１つの代替実施例として、補助スプリングバー５４０は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）又はＴｅｆｌｏｎ（デュポンの登録商標）のような低摩擦材料を組入れたブラケットシステムと置換えることができる。
【００２３】
図６は、連結リング支持システム５００の上面図を示している。連結リング組立体５２０に取付けられた２つの主スプリングバー５３０を示している。この図では、半径方向はページ内又はページ外方向であり、また接線方向は上方又は下方（例えば、垂直線）となることになる。軸方向は、左又は右方向であり或いはページを横切って延びる水平線によって示されることになる。
【００２４】
図７は、連結リング支持システム７００の断面図を示している。連結リング支持システム７００は、連結リング組立体７２０に連結された主スプリングバー７３０を含み、また連結リング組立体７２０は、連結リング７１０を支持する。ブラケット７３２及びファスナ７３４を使用して主スプリングバー７３０を連結リング組立体７２０に連結することができる。主スプリングバー７３０は、連結リング７１０及び連結リング組立体７２０の半径方向及び接線方向の移動を可能にする。図７では、半径方向は上方又は下方（つまり、垂直方向）であり、また接線方向はページ内又はページ外方向となることになる。
【００２５】
主スプリングバー７３０はまた、補助スプリングバー７４０に連結される。補助スプリングバー７４０は、ステータフレーム７５０又はその他の好適な支持体に連結しかつ連結リング７１０及び連結リング組立体７２０の軸方向の移動を可能にすることができる。図７では、軸方向は左又は右方向であり或いはページを横切って延びる水平線によって示されることになる。補助スプリングバー７４０は、軸方向移動を可能にするようなリーフスプリング又はあらゆるその他の好適な機構とすることができる。１つの代替実施例として、補助スプリングバー７４０は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）又はＴｅｆｌｏｎ（デュポンの登録商標）のような低摩擦材料を組入れたブラケットシステムと置換えることができる。
【００２６】
図８は、連結リング支持システム７００の上面図を示している。連結リング組立体７２０に取付けられた主スプリングバー７３０を示している。この図では、半径方向はページ内又はページ外方向であり、また接線方向は上方又は下方（例えば、垂直線）となることになる。軸方向は、左又は右方向であり或いはページを横切って延びる水平線によって示されることになる。
【００２７】
連結リング支持組立体２００、３００又は４００のいずれも、連結リング支持システム５００又は７００と組合せることができる。本発明の態様によって想定されるように、連結リング支持組立体２００、３００又は４００は、好適な取付けブラケット又はフランジ（図示せず）と組合せて、それら連結リング支持組立体を連結リング支持システム５００又は７００の主スプリングバーに連結することができる。
【００２８】
本明細書は最良の形態を含む実施例を使用して、本発明を開示し、また当業者が、あらゆる装置又はシステムを製作しかつ使用しまたあらゆる組込み方法を実行することを含む本発明の実施を行なうことを可能にもする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲により定めており、また当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を含むか又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する均等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲内に属することになることを意図している。
【符号の説明】
【００２９】
１  ステータ
２  円周方向フランジリング
２ａ  半径方向ウェブ
３  ステータ中心ボア
４  上部アーマチュアバー
４ａ  上部アーマチュアバー延長部分
５  下部アーマチュアバー
５ａ  下部アーマチュアバー延長部分
６  発電機ロータ
８  直列ループ
９  導線
９ａ  円周方向連結リング
１０  連結リング支持構造体
１０ａ  フランジ部材
１０ｂ  下部部材
１０ｄ  ショートレッグ部
１０ｅ  ロングレッグ部
１０ｆ  支持体
１０ｇ  支持体の孔
１０ｉ  支持体
１１  内側支持部材
１１ａ  支持表面
１１ｂ  長手方向グルーブ
１２  外側支持部材
１２ａ  支持表面
１２ｂ  長手方向グルーブ
１３  半径方向間隔
１４  半径方向間隔
１５  細長いパッド
１６  ボルト
１７  部材
１７ａ  ガラスロープタイ
１７ｂ  Ｔ字形調整ボルト
２００  連結リング組立体
２１０  連結リング
２２０  遮断部
２３０  犠牲材料
２４０  クランプ要素
２５０  ボルト止め機構
３００  連結リング組立体
３１０  連結リング
３２０  遮断部
３３０  犠牲材料
３４０  ランプ要素
３４２  クランプ要素のフランジ
３５０  機械的締結システム
４００  連結リング組立体
４１０  連結リング
４２０  遮断部
４３０  犠牲材料
４４０  第１のクランプ要素
４４２  第２のクランプ要素
４５０  ボルト止め機構
５００  連結リング支持システム
５１０  連結リング
５２０  連結リング組立体
５３０  主スプリングバー
５４０  補助スプリングバー
５５０  ステータフレーム
７００  連結リング支持システム
７１０  連結リング
７２０  連結リング組立体
７３０  主スプリングバー
７３２  ブラケット
７３４  ファスナ
７４０  補助スプリングバー
７５０  ステータフレーム
【図１】
2012115136.tif 000003
【図２】
2012115136.tif 000004
【図３】
2012115136.tif 000005
【図４】
2012115136.tif 000006
【図５】
2012115136.tif 000007
【図６】
2012115136.tif 000008
【図７】
2012115136.tif 000009
【図８】
2012115136.tif 000010
【外国語明細書】
2012115136000001.pdf