(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームプレート（１６）を有する固定子フレーム（１０）を準備する段階と、
その各々がダブテール（１４）を有する複数のキーバー（１２）を、それぞれの結合点において前記フレームプレート（１６）に結合する段階と、
その各々がその中にダブテールスロット（２４）を形成された複数の積層体（２２）を含む固定子コア（２０）を準備する段階と、
それぞれのダブテールスロット（２４）の中に前記ダブテール（１４）の各々をかみ合わせる段階と、を含み、
前記ダブテールスロット（２４）の中にかみ合わされた前記複数のダブテール（１４）の一部のみが複数の接触点において前記複数の積層体（２２）と接触しており、前記複数の接触点が所定の位置に配置されることにより、前記固定子コアと前記キーバーとの間に伝達される接合力が均等に分布していることを特徴とする、固定子（１）を形成する方法。
【請求項２】
前記ダブテールスロット（２４）の幾つかの中にそれぞれ楔を配置して前記接触点を形成することにより、前記接触点の位置が調整されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
フレームプレート（１６）を有する固定子フレーム（１０）を準備する段階と、
その各々がダブテール（１４）を有する複数のキーバー（１２）を、それぞれの結合点において前記フレームプレート（１６）に結合する段階と、
その各々がその中にダブテールスロット（２４）を形成された複数の積層体（２２）を含む固定子コア（２０）を準備する段階と、
それぞれのダブテールスロット（２４）の中に前記ダブテール（１４）の各々をかみ合わせる段階と、を含み、
複数の前記ダブテールスロット（２４）は異なる断面積を持つことにより、前記ダブテールスロット（２４）の中にかみ合わされた前記複数のダブテール（１４）の一部のみが複数の接触点において前記複数の積層体（２２）と接触していることを特徴とする、固定子（１）を形成する方法。
【請求項４】
接触点が望まれない前記積層体（２２）の前記ダブテールスロット（２４）の寸法を拡大し、接触点が望まれる前記積層体（２２）の前記ダブテールスロット（２４）の寸法を縮小することにより、前記接触点の位置が調整されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
フレームプレート（１６）を有する固定子フレームと、
その各々がダブテール（１４）を有し、それぞれの結合点において前記フレームプレート（１６）に結合された複数のキーバー（１２）と、
その各々がその中にダブテールスロット（２４）を形成され、複数の積層体（２２）を備える固定子コア（２０）と、を含み、
複数の前記ダブテール（１４）の一部のみが複数の接触点において前記複数の積層体（２２）と接触しており、前記複数の接触点が所定の位置に配置されることにより、前記固定子コアと前記キーバーとの間に伝達される接合力が均等に分布していることを特徴とする固定子（１）。
【請求項６】
前記ダブテールスロット（２４）の幾つかの中にそれぞれ配置され接触点を形成する楔を更に含むことを特徴とする、請求項５に記載の固定子（１）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機に関し、より具体的には、固定子コアと固定子フレームとの間のダブテール結合部により伝達される力が弱められた固定子及びそれを形成する方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
発電機の固定子は、一般に固定子コア及び固定子フレームを含む。固定子コアは通常は円筒形であり、絶縁された鋼積層体の積重ねからなる。各積層体は、完全な円形のセグメントであり、その内径上に固定子巻線を収容するためのスロットを有し、その外径上にダブテールスロットを有する。
【０００３】
固定子フレームは、それと結合された複数のキーバーを有し、各キーバーは固定子コアに対して構造的支持を与えるためのダブテールを有する。固定子コアを組立てる時、各積層体は、ダブテールスロットを対応するキーバーのダブテールとかみ合わせることによって、固定子フレーム中に組込まれる。キーバーのダブテールと、対応するダブテールスロットを形成する積層体の面との間には、キーバーと積層体との位置及び寸法公差を考慮して、固定子コアの組立を容易にするために十分な間隙が設けられなければならない。キーバーのダブテールの３つの面とダブテールスロットを形成する対応する積層体の対向面との間の間隙は、キーバーの長さに沿ったキーバーダブテールの位置公差内でのキーバーダブテールの不規則な位置のために不規則に変化する。この変化する間隙のため、キーバーダブテールと対応する積層体との間の実際の接触位置（従って固定子フレームと固定子コアとの間の接触位置）は不規則に分布する。
【０００４】
力の荷重が固定子コアと固定子フレームとの間に加わるとき、その荷重は不規則に分布した接触点を通して伝達される。各接触点での荷重の力の大きさは、その接触点での剛性の関数である。もし剛性が特定の接触点で高ければ、その点での力の大きさは大きい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、固定子コアと固定子フレームとの間の接触点の位置を調整することは有益である。具体的には、固定子フレームに接続されたキーバーダブテールと、各ダブテールがその中にかみ合わされるそれぞれのダブテールスロットを備える対応する積層体との間の接触点の位置を調整することは有益である。接触点の位置を、それらがある既知の位置（従って既知の剛性）に配置されるように調整することにより、固定子コアとキーバー（従って固定子フレーム）との間に伝達される接合力を均等に分布させることができ、この接合力の最大値を減少させることできる。接合力の最大値を減少させることにより、結合の信頼性を増大させることができる。
【特許文献１】
米国特許６，０２０，６７０号公報
【特許文献２】
米国特許６，１２７，７６１号公報
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の例示的な実施形態において、固定子を形成する方法は、フレームプレートを有する固定子フレームを準備する段階と、その各々がダブテールを有する複数のキーバーをそれぞれの結合点においてフレームプレートに結合する段階と、その各々がその中にダブテールスロットを形成された複数の積層体を備える固定子コアを準備する段階とを含む。ダブテールの少なくとも幾つかがそれぞれの接触点においてそれぞれの積層体に接触するように、各ダブテールはそれぞれのダブテールスロットにかみ合わされる。接触点のそれぞれの位置は、接触点により伝達される力の荷重が、接触点間で均等に分布されるように調整される。接触点の位置はまた、キーバーとフレームプレートとの間の結合点でのキーバーの応力が最小になるように、また全ての接触点の剛性が等しくなるように調整される。剛性は、接触点とフレームプレートとの間の距離を変化させることにより調整される。接触点の位置をフレームプレートから更に遠く離して配置することにより、剛性が低下できる。
【０００７】
接触点の位置は、少なくとも２つの積層体がそれぞれ異なる断面積のダブテールスロットを有するようにダブテールスロットの断面積を変化させることにより、調整される。接触点の位置は、接触点が望まれない積層体のダブテールスロットの寸法を拡大し、接触点が望まれる積層体のダブテールスロットの寸法を縮小することにより調整することができる。もしくは、接触点の位置は、ダブテールスロットの幾つかの中にそれぞれ楔を配置してダブテールとそれぞれの積層体との間の接触点を形成することにより調整することができる。
【０００８】
本発明の別の例示的な実施形態においては、固定子は、フレームプレートを有する固定子フレームと、その各々がダブテールを有し、それぞれの結合点においてフレームプレートに結合された複数のキーバーと、その各々がその中にダブテールスロットを形成され、複数の積層体を備える固定子コアとを含む。ダブテールの各々は、ダブテールの少なくとも幾つかがそれぞれの接触点においてそれぞれの積層体に接触するように、それぞれのダブテールスロットにかみ合わされ、その接触点は、接触点により伝達される力の荷重が接触点間で均等に分布されるように位置決めされる。
【０００９】
接触点の位置は、結合点におけるキーバーの応力が最小になり、また全ての接触点の剛性が等しくなるような位置である。ダブテールスロットのそれぞれの断面積は、少なくとも２つの積層体が異なる断面積を持つダブテールスロットをそれぞれ有するように変化している。接触点が望まれない積層体のダブテールスロットの断面積は、接触点が望まれる積層体のダブテールスロットのそれぞれの断面積より大きい。もしくは、固定子は、ダブテールスロットの幾つかの中にそれぞれ配置され、ダブテールとそれぞれの積層体との間の接触点を形成する楔を更に含む。
【００１０】
これら及び本発明の他の利点は、添付図面と共になされる本発明の現時点での好ましい例示的な実施形態についての以下の更に詳細な記述を注意深く検討することにより、より完全に理解され評価されるであろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の例示的な実施形態による発電機の固定子１の部分断面図である。固定子１は、複数の積重ねた積層体（薄板）２２により形成された固定子コア２０、及び固定子フレーム１０を含む。固定子フレーム１０は１つ又はそれ以上のフレームプレート１６を有し、このプレート１６はそれぞれの結合点で複数のキーバー１２と結合される。積層体２２の各々は、その内径上に固定子巻線に係合するためのスロット（図示せず）を有し、その外径上にダブテールスロット２４（図３を参照）を有する。固定子フレーム１０に結合された各キーバー１２は、ダブテール１４（図２及び図３を参照）を有し、ダブテール１４は各積層体２２のそれぞれのダブテールスロット２４にかみ合う。
【００１２】
図２及び図３を参照すれば、それぞれのスロット２４の断面積は一様でない。例えば、固定子コア２０は、ダブテールスロット２４にそれぞれ挿入されるキーバー１２のダブテール１４が積層体２２に接触しないような相対的に大きい断面積をそれぞれ有するダブテールスロットを備える複数の積層体２２（その１つを図３に示す）を含む。対照的に、図２に示す積層体２２は、ダブテールスロット２４内でかみ合うキーバー１２のダブテール１４が積層体２２の１部と接触するような相対的に小さい断面積を有するダブテールスロット２４を含む。キーバー１２とそれぞれの積層体２２との間の接触は、固定子コア２０と固定子フレーム１０との間の接合を構成する接触点の１つを形成する。固定子コア２０は、図２に示す、より小さいダブテールスロット２４を備え、従って固定子コア２０の長手方向に沿って固定子コア２０とキーバー１２との間の複数の接触点（従って固定子コアと固定子フレームとの間の複数の接触点）を形成する複数の積層体２２を含む。これらの接触点の位置は選択的に調整することができる。例えば、接触点が望まれない位置については積層体２２内のダブテールスロット２４の寸法を拡大し（図３のように）、接触点が望まれる位置についてはこの寸法を縮小する（図２のように）ことができる。
【００１３】
接触点での剛性は、フレームプレート１６に対する接触点の位置により調整することができる。この剛性は、接触点をフレームプレート１６から更に遠く離して位置決めすることにより低下させることができ、また接触点をフレームプレート１６により近く位置決めすることにより増大させることができる。例えば、フレームプレート１６からの距離「Ａ」（図１を参照）に位置決めされた積層体２２は、接触点を形成するのに十分小さいダブテールスロット２４を含む。接触点はある程度の剛性を有する。より小さいダブテールスロット２４を有するこの積層体２２が、フレームプレート１６から「Ａ」よりも大きい距離に配置されている場合、そこに形成される接触点は剛性が低くなるであろう。
【００１４】
それぞれのキーバー１２とフレームプレート１６との間の各結合点での応力は、その位置でのモーメントに比例する。モーメントは、固定子コア２０と各キーバーとの間の接触点での力と、フレームプレート１６から接触点までの間の距離に比例する。
【００１５】
力の荷重は、固定子コアと固定子フレームとの間に加わる。固定子コア２０と固定子フレーム１０に結合されたキーバー１２との間の接合部が伝達する必要がある力の荷重は、２つの範疇すなわち固定力の荷重及び固定変位荷重のうちの何れか１つである。自重及び発電機トルクは、固定力の荷重と考えられる。固定子コアの撓み荷重及び相対的熱膨張荷重は、固定変位荷重と考えられる。
【００１６】
もし自重のみを考慮するならば、固定子コア２０とキーバー１２との間の接触力の合計は、固定子コアの重量に等しい筈である。もし固定子コア２０とキーバー１２との間の接触点の全ての位置（従って剛性）が、全ての接触点の剛性が等しくなるように調整されるならば、荷重は接触点の全ての間で一様に分布され、接触点を通して伝達される力の最大値は最小になるであろう。トルク荷重についても同じことが言える。すなわち、接触点の位置従って剛性が、全ての接触点の剛性が等しくなるように調整されるならば、荷重は接触点の全ての間で一様に分布され、トルク荷重の最大値は最小になるであろう。
【００１７】
固定子コアの撓み及び相対的熱膨張荷重は、固定変位荷重であるので、これらの荷重の各々により固定子コア２０とキーバー１２との間の接合力は、キーバー１２と固定子コア２０との間の接触点の剛性に比例する。上記のように、接触点をフレームプレート１６から更に遠く離して位置決めすることにより、剛性を低下させることができる。もし剛性が低くされたら、これらの荷重による固定子コア２０とキーバー１２との間の接合力を減少させることができ、また接合力が接触点の間で均等に分布されるように調整することができる。
【００１８】
固定子コア２０の長手方向に沿った固定子コア２０とキーバー１２との間の接触位置は、接合力とフレームプレート１６におけるキーバー応力を最小にするようにに最適化できる。接触点は一様に低い剛性を有するように選ばれる必要がある。しかしながら、この剛性は、キーバー１２とフレームプレート１６との間の結合点におけるモーメントに基づく応力により制限される。上記のように、接触点の位置を選択的に調整することによって、接合力を接触点の間で均等に分布させ、その最大値を減少させることができる。
【００１９】
図４ないし図７は、本発明の別の例示的な実施形態を示す。具体的には、図４は、複数の積重ねた積層体２２により形成された固定子コア２０を含む固定子１を示す。積層体２２は、その中にそれぞれ形成されたダブテールスロット２４が実質的に同じ断面積を有することができる以外は、図１に示したものと同様である。各々のダブテールスロット２４の断面積は、キーバー１２と積層体２２との間の直接の接触がないように十分大きくすることができる（図５及び図６を参照）。
【００２０】
図５及び図７に示すように、楔２６が、ダブテールスロット２４の少なくとも幾つかの中に置かれ、幾つかのキーバー１２と固定子コア２０との間に接触点が形成される。固定子コア２０の長手方向に沿ったこれらの接触点の位置は、ダブテールスロット２４に楔２６が挿入される積層体２２の位置を選択的に選ぶことにより調整できる。上記のように、その位置はキーバー１２と固定子コア２０との間の接合力を均等に分布させ、従ってその最大値を減少させるように調整される。
【００２１】
図８は、固定子コア２０とそれぞれのキーバー１２のダブテール１４との間の接触位置の調整が試みられていない従来の発電機についての、算定された接触力の分布を示すヒストグラムである。図９は、同じ従来の発電機組立方法についての、キーバー１２とフレームプレート１６との間の結合点での、算定されたキーバーのモーメントを示すヒストグラムである。これと対照的に、図１０は、本発明の組立方法を用い、固定子コア２０とキーバー１２との間の接触位置がフレームプレート１６から、ある最適化された距離に制限されている発電機についての、算定された接触力の分布を示すヒストグラムである。図１１は、本発明の組立方法を用いて組立てられた発電機についての、フレームプレート１６でのキーバーのモーメントを示すヒストグラムである。当業者には明らかなように、本発明の最適化設計で、接触力（図１０）及びキーバーのモーメント（図１１）の両者の最大値における低減が達成されている。
【００２２】
本発明を、現在最も実用的で好ましい実施形態であると考えられるものに関連して説明してきたが、本発明は、開示された実施形態に限定されるものではなく、逆に、添付した特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる、種々の変更や等価な配置を保護することを意図していることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の例示的な実施形態による固定子の部分断面図。
【図２】  図１の線２−２に沿った断面図。
【図３】  図１の線３−３に沿った断面図。
【図４】  本発明の別の例示的な実施形態による固定子の部分断面図。
【図５】  図４の線５−５に沿った断面図。
【図６】  図４の線６−６に沿った断面図。
【図７】  図５の線７−７に沿った断面図。
【図８】  従来の組立方法を用いた発電機についての、接触力のヒストグラム。
【図９】  従来の組立方法を用いた発電機についての、キーバーのモーメントのヒストグラム。
【図１０】  本発明を具体化した組立方法を用いた発電機についての、接触力のヒストグラム。
【図１１】  本発明を具体化した組立方法を用いた発電機についての、キーバーのモーメントのヒストグラム。
【符号の説明】
１０  固定子フレーム
１２  キーバー
１４  ダブテール
１６  フレームプレート
２０  固定子コア
２２  積層体
２４  ダブテールスロット
【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６】
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【図７】
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【図８】
0004063531.tif 000009
【図９】
0004063531.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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