(57)【要約】      （修正有）【課題】積層断面の凹凸に起因する損傷を防止して、ステータコイルの冷却効果を向上させる。【解決手段】発電機固定子鉄心１は、電磁鋼板が積層されてなる固定子鉄心における電磁鋼板の積層断面に光硬化性樹脂４の薄膜が積層されることで、固定子鉄心の電磁鋼板がブロック化される。塗布装置５は、積層断面に光硬化性樹脂４を噴射して、硬化装置６は、光硬化性樹脂４を硬化させる波長を照射し、測定装置７は、積層断面の凹凸を測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁鋼板が積層されてなる固定子鉄心における前記電磁鋼板の積層断面に光硬化性樹脂の薄膜が積層されることで、前記固定子鉄心の前記電磁鋼板がブロック化された
ことを特徴とする発電機固定子鉄心。
【請求項２】
前記固定子鉄心の内径側のステータコイルのスロット部における前記電磁鋼板の積層断面の凹凸に前記光硬化性樹脂の薄膜が積層されることで前記凹凸が平滑化された
ことを特徴とする請求項１に記載の発電機固定子鉄心。
【請求項３】
前記固定子鉄心の平板部分の半径方向に沿って配置された冷却用通気板をさらに備え、
前記冷却用通気板の表面が突起状に形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の発電機固定子鉄心。
【請求項４】
電磁鋼板が積層されてなる固定子鉄心の製造方法であって、
前記電磁鋼板の積層断面に光硬化性樹脂を噴射して、前記光硬化性樹脂の薄膜を積層することで、前記固定子鉄心の前記電磁鋼板をブロック化する
ことを特徴とする発電機固定子鉄心の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、発電機固定子鉄心およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機固定子鉄心は、タービン発電機における最大の構成部品である。この固定子鉄心は、一般的に比較的薄い電磁鋼板を積層してなる円筒型の部品である。  
固定子鉄心の製造方法は主に２種類に分かれる。１つ目の方法は、電磁鋼板を積層し、これら積層した電磁鋼板に対するプレス装置による締付けにより固定子鉄心を製造する方法である。２つ目の方法は、鋼板積層体を加圧した状態で熱硬化性樹脂を含浸して、この熱硬化性樹脂を加熱硬化させることで固定子鉄心を製造する方法である。
【０００３】
また、回転電機の固定子鉄心の積み装置として、固定子フレームの内周に固定されたコアボルトに相当する位置に該コアボルトを同様の精度で配されたガイド棒を、積層される固定子鉄心の全長より短く設定し、昇降装置に連結されたガイド棒を使って、作業台に作業者が順次積層していくものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３７９６４号公報
【特許文献２】米国特許第５８７５５４０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した固定子鉄心の製造方法では以下のような課題がある。  
上述した第１の方法である、電磁鋼板に対する締付けにより固定子鉄心を製造する方法では、電磁鋼板を積層する際のステータフレームリブとの摩擦やガイド棒との摩擦などにより電磁鋼板にずれが生じて鉄心の内周面や外周面（内周側や外周側の積層断面）に凹凸が形成されてしまう場合がある。  
また、この方法では、近年の発電機の大容量化に伴い鉄心長が長くなる傾向にあり、鉄心の電磁鋼板に対する締付け時のプレス圧力も高くなるため、この方法では、大型プレス装置を用いる必要があるなど、設備による製造制約がある。
【０００６】
また、上述した第２の方法である、電磁鋼板を熱硬化性樹脂で含浸して加熱硬化する方法では、加熱によって熱硬化性樹脂が軟化し、その結果、鉄心に緩みおよび電磁鋼板のずれが生じて、鉄心の内周面や外周面に凹凸が形成されてしまう場合がある。
【０００７】
また、この軟化した熱硬化性樹脂が電磁鋼板の隙間から垂れて硬化することで、熱硬化性樹脂の熱垂れによる凹凸が鉄心の内周面や外周面に形成されてしまう場合がある。この方法では、電磁鋼板への含浸に多量の熱硬化性樹脂を必要とすると共に、加熱炉も必要であるため、大型加熱設備および加熱のためのエネルギーを投入する必要がある。
【０００８】
また、鉄心スロット部の凹凸は、ステータコイル組立時や運転中などにステータコイル絶縁層を損傷させることがあり、また、ステータコイルと鉄心間にガス層が形成されて、鉄心とステータコイルの冷却効果が低下してしまうことがある。
【０００９】
鉄心の凹凸を平滑化する方法としては、鉄心の内周面や外周面に常温硬化性樹脂や瞬間接着剤などを塗布する方法が考えられる。  
この常温硬化性樹脂には、熱硬化性樹脂と同等の強度を得られるものもあるが、硬化に数十分〜数時間かかり、硬化に要する時間が外気環境に左右されてしまう。  
また、上記の瞬間接着剤は、熱硬化性樹脂に比べて耐熱性が劣り、塗布する際に硬化してしまう。つまり、常温硬化性樹脂や瞬間接着剤などを鉄心に塗布する場合は、これらの硬化に要する時間をコントロールすることが困難である。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、積層断面の凹凸に起因する損傷を防止して、鉄心とステータコイルの冷却効果を向上させることを可能とする発電機固定子鉄心およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
実施形態における発電機固定子鉄心は、電磁鋼板が積層されてなる固定子鉄心における前記電磁鋼板の積層断面に光硬化性樹脂の薄膜が積層されることで、前記固定子鉄心の前記電磁鋼板がブロック化される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、発電機固定子鉄心の積層断面の凹凸に起因する損傷を防止して、鉄心とステータコイルの冷却効果を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態における発電機固定子鉄心に対する光硬化性樹脂のコーティング方法を示す斜視図。
【図２】第１の実施形態における発電機固定子鉄心の積層断面の凹凸部を平滑にする手順の一例を示す断面図。
【図３】第１の実施形態におけるステータコイルと鉄心との位置関係の一例を示す外観図。
【図４】第１の実施形態におけるステータコイル絶縁層の損傷の防止効果の一例を示す断面図。
【図５】第１の実施形態における鉄心とステータコイルの冷却機能向上の効果の一例を示す断面図。
【図６】第２の実施形態における発電機固定子鉄心の冷却用通気板に対する突起状構造物の形成方法の一例を示す斜視図。
【図７】第２の実施形態における 発電機固定子鉄心の冷却用通気板に対する突起状構造物の詳細の一例を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施形態について図面を用いて説明する。  
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態について説明する。  
図１は、第１の実施形態における発電機固定子鉄心に対する光硬化性樹脂のコーティング方法を示す斜視図である。  
この第１の実施形態では、ステータコイル絶縁層の損傷を防止し、鉄心とステータコイルの冷却機能を向上させる。  
図１に示すように、第１の実施形態では、発電機固定子は、電磁鋼板を積層してなる鉄心１と、この鉄心１の内径側に形成されたステータコイルを挿入するスロット部２と、鉄心１の外径に形成されたステータフレームリブと嵌合するダブテール（dove tail）部３とを有する。
【００１５】
また、第１の実施形態では、鉄心１の内径側または外径側の積層断面に噴射されることで、この鉄心１をブロック化する光硬化性樹脂４と、この光硬化性樹脂４をノズルから鉄心１の積層断面に噴射する塗布装置５と、上記の光硬化性樹脂４を硬化させる波長を当該光硬化性樹脂４に照射する硬化装置６と、鉄心１の積層断面の凹凸を測定する測定装置７がある。
【００１６】
次に、第１の実施形態の作用について説明する。図２は、第１の実施形態における発電機固定子鉄心の積層断面の凹凸部を平滑にする手順の一例を示す断面図である。ここでは、鉄心１の内径側の積層断面を例にして説明する。  
図２に示すように、塗布装置５の噴射圧力により、この塗布装置５から噴射された光硬化性樹脂４を、鉄心１の内径側の凹部に対し、この凹部との隙間や気泡を含めずに塗布することができる。鉄心１の積層断面の凹凸部は、積層断面における電磁鋼板８と、この積層された電磁鋼板８の間に充填された絶縁ワニス９とで形成される。  
そして、鉄心１の内径側の凹部に塗布された光硬化性樹脂４が硬化装置６によって硬化されることで、光硬化性樹脂４の薄膜１０が鉄心１の内径側の凹部に形成される。
【００１７】
以上の工程を繰り返し実施して、最終的に鉄心１の内径側の凹凸部が平滑になるまで、この凹凸部に薄膜１０を積層し、この結果、鉄心１の内径側の積層断面に平滑な光硬化性樹脂層１１を得ることができる。
【００１８】
上記のように、第１の実施形態によれば、鉄心１の内径側の積層断面の凹凸部を光硬化性樹脂層１１により平滑化できるので、ステータコイルの絶縁層の損傷を防止することが可能となり、また、鉄心とステータコイルの冷却機能を向上させることができる。
【００１９】
次に、ステータコイル１２と鉄心１の位置関係について説明する。図３は、第１の実施形態におけるステータコイルと鉄心との位置関係の一例を示す外観図である。  
図３に示すように、ステータコイル１２は、銅線がステータコイル絶縁層１３で覆われた構造をしている。  
ステータコイル１２は、鉄心１のスロット部２に挿入され、このステータコイル１２を覆うステータコイル絶縁層１３が鉄心１のスロット部２と接触する。
【００２０】
次に、第１の実施形態による効果を説明する。  
図４は、第１の実施形態におけるステータコイル絶縁層１３の損傷の防止効果の一例を示す断面図である。  
図４に示すように、スロット部２の凹凸部に対して光硬化性樹脂層１１が未塗布の場合は、スロット部２の特定の凸部（電磁鋼板８の端部）にステータコイル絶縁層１３の負荷１５が集中してしまうため、ステータコイル１２の組立中や運転中に、このステータコイル絶縁層１３が摩耗して損傷してしまう。
【００２１】
これに対し、スロット部２の積層断面に対して光硬化性樹脂層１１が形成されると、スロット部２の凹凸が平滑化されるため、ステータコイル絶縁層１３の負荷１５がスロット部２の平滑化されてなる光硬化性樹脂層１１の面に分散されるので、ステータコイル絶縁層１３の損傷を防止することが可能となる。
【００２２】
また、光硬化性樹脂４を鉄心１の外径側の積層断面にコーティングして平滑な光硬化性樹脂層１１を形成した場合には、この外径側のダブテール部３とステータフレームリブとの間の接触の負荷を分散できるので、ダブテール部３とステータフレームリブの損傷を防止することができる。
【００２３】
図５は、第１の実施形態における鉄心とステータコイルの冷却機能向上の効果の一例を示す断面図である。  
図５に示すように、スロット部２の凹凸部に対して光硬化性樹脂層１１が未塗布の場合は、ステータコイルの絶縁層１３から発せられた熱１６がスロット部２の特定の凸部を介してスロット部２に伝達する。ここで、ステータコイル絶縁層１３がスロット部２の上記の特定の凸部に接触することで、ステータコイル絶縁層１３とスロット部２との間に凹部が形成され、この凹部には空気や水素ガスなどのガス層１７が形成されてしまう。このため、ステータコイル絶縁層１３とスロット部２との間の熱抵抗が大きくなり、これらステータコイル絶縁層１３とスロット部２との接触による、鉄心１とステータコイル１２の冷却機能が低下してしまう。
【００２４】
これに対し、スロット部２に対して光硬化性樹脂層１１が形成されると、スロット部２の凹凸が平滑化される。このため、ステータコイル絶縁層１３とスロット部２との間に形成されるガス層１７が減り、ステータコイル絶縁層１３と光硬化性樹脂層１１との接触面積が増加する。これにより、ステータコイル絶縁層１３とスロット部２との間の熱抵抗が小さくなり、鉄心１とステータコイル１２の冷却機能を向上させることができる。
【００２５】
以上説明したように、第１の実施形態では、光硬化性樹脂４を鉄心１の内周面や外周面にコーティングすることによって、電磁鋼板のずれにより生じる、鉄心１の内径側や外径側の凹凸を平滑化することができる。
【００２６】
また、光硬化性樹脂４の硬化には熱を必要としない。このため、鉄心１の積層断面の緩みにともなう、電磁鋼板のずれは発生しない。  
また、上記の内径側の凹凸部に対して光硬化性樹脂の薄膜を積層する場合、この積層した箇所からの熱垂れは発生せず、この熱垂れにより鉄心１のスロット部２に凹凸が生ずることはないので、ステータコイル絶縁層１３の損傷を防止することが可能となる。
【００２７】
さらに、鉄心１の内径側の凹凸部を光硬化性樹脂層１１で平滑化することによって、ステータコイル１２と鉄心１との間のガス層１７を減らせるため、鉄心１とステータコイル１２の冷却機能を向上させることが可能となる。
【００２８】
具体的には、光硬化性樹脂４は、硬化時の揮発物がなく、体積収縮率も小さい。このため、塗布時の形状を維持したまま光硬化性樹脂４を硬化でき、鉄心１のスロット部２の凹凸部を平滑にして高い精度の表面性状を得ることができる。
【００２９】
この光硬化性樹脂４の硬化に要する時間は数十秒と大変短いため、鉄心１の製造の所要時間を大幅に短縮することが可能となる。  
また、光硬化性樹脂４は、光が照射されることにより硬化を開始するため、硬化に要する時間をコントロールすることが可能となる。
【００３０】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態における構成のうち第１の実施形態で説明した部分と同一部分の詳細な説明は省略する。  
図６は、第２の実施形態における発電機固定子鉄心の冷却用通気板に対する突起状構造物の形成方法の一例を示す斜視図である。  
この第２の実施形態は、鉄心の冷却効果を更に向上させるものである。  
図６に示すように、第２の実施形態では、鉄心１の平板上に配置された半径方向冷却用通気板１８と、鉄心１の内径側と外径側との間で半径方向に沿った冷却経路（鉄心１に通気させる冷却流の経路）を確保するために半径方向冷却用通気板１８に取り付けられる角型材１９とが設けられ、半径方向冷却用通気板１８と角型材１９とに対して光硬化性樹脂４を塗布することにより、半径方向冷却用通気板１８や角型材１９に微細構造である突起状構造物２０が形成される。
【００３１】
次に、第２の実施形態における作用について説明する。  
図６に示すように、まず塗布装置５の噴射圧力を高めて、光硬化性樹脂４をミスト状にして半径方向冷却用通気板１８および角型材１９に向けて噴射する。  
この噴射された光硬化性樹脂４は液滴になり、半径方向冷却用通気板１８および角型材１９に一様に塗布される。
【００３２】
図７は、第２の実施形態における発電機固定子鉄心の冷却用通気板に対する突起状構造物の詳細の一例を示す斜視図である。この図７は鉄心１のスロット部２付近について示したものである。  
半径方向冷却用通気板１８および角型材１９に塗布された光硬化性樹脂４を硬化装置６により滴状のまま硬化することで、図７に示すように、半径方向冷却用通気板１８の表面や角型材１９の側面に突起状構造物２０が形成される。
【００３３】
次に、第２の実施形態による効果を説明する。  
一般に、鉄心１の冷却方法としては、この鉄心１の表面積を増大させる方法と、鉄心１に通気させる冷却流を乱流にする方法の２通りがある。  
鉄心１の突起状構造物２０は、この鉄心１の表面積を増大させる効果と、上記の冷却流を乱流にする効果とを兼ね備えている。ここでは、冷却流を乱流にする効果が最大になるように突起状構造物２０が設けられる。
【００３４】
冷却流が、発電機ロータ側から半径方向冷却用通気板１８を通り、鉄心１の外径側に抜ける際に乱流になると、乱流境界層の剥離および再付着により熱伝達が向上するので、鉄心１の冷却機能を向上させることができる。
【００３５】
第２の実施形態では、光硬化性樹脂４の薄膜１０を積層することにより微細構造（例えば突起状構造物２０）を付与したり、半径方向冷却用通気板１８および角型材１９に塗布された光硬化性樹脂４を滴状のまま硬化させることで微細な突起状構造物２０を付与したりできる。ので、鉄心表面に様々なパターンを付与して新しい特性を得ることができる。
【００３６】
例えば、鉄心の冷却通風路に突起状構造物を形成することで、冷却流を乱流にして鉄心の冷却効果を向上することができる。
【００３７】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３８】
１……鉄心、２…スロット部、３…ダブテール部、４…光硬化性樹脂、５…塗布装置、６…硬化装置、７…測定装置、８…電磁鋼板、９…絶縁ワニス、１０…薄膜、１１…光硬化性樹脂層、１２…ステータコイル、１３…ステータコイル絶縁層、１４…楔、１５…負荷、１６…熱、１７…ガス層、１８…半径方向冷却用通気板、１９…角型材、２０…突起状構造物。
【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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【図７】
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【図６】
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