特許 6629385 発電機用固定子及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6629385

(24)【登録日】2019年12月13日

(45)【発行日】2020年1月15日

(54)【発明の名称】発電機用固定子及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 15/02 20060101AFI20200106BHJP

   H02K 15/12 20060101ALI20200106BHJP

【ＦＩ】

   H02K15/02 F

   H02K15/12 D

【請求項の数】6

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2018-96944(P2018-96944)

(22)【出願日】2018年5月21日

(65)【公開番号】特開2019-205226(P2019-205226A)

(43)【公開日】2019年11月28日

【審査請求日】2018年7月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000230973

【氏名又は名称】日本工営株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100076255

【弁理士】

【氏名又は名称】古澤 俊明

(72)【発明者】

【氏名】関根 陣

【審査官】 津久井 道夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０２−１７９２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０６−０７０４５２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭６２−２３３０４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６３−１９４５４８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭６２−１３５２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６１−１４４７４８（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ １５／０２

Ｈ０２Ｋ １５／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固定子枠２０の固定子枠内周縁２５に所定間隔で設けた支柱２４にコアキー２９を取り付ける工程と、
前記コアキー２９をガイドにして鉄心２３を積層する工程と、
積層した鉄心２３を鉄心締め付けボルト３２で締め付けて固定子２１を構成する工程と、
前記固定子２１から前記コアキー２９を取り外す工程と、
前記固定子２１を固定子枠２０から抜き出す工程と、
前記固定子２１とこの固定子２１に取り付けたコイル３５を一体に樹脂含浸する工程と、
樹脂含浸した固定子２１を前記固定子枠２０の固定子枠内周縁２５に臨ませて固着する工程と
からなることを特徴とする発電機用固定子の製造方法。

【請求項2】

前記積層した鉄心２３を鉄心締め付けボルト３２で締め付けて固定子２１を構成する工程の後に、前記固定子２１の外径側にガイドキー３７を溶接する工程を付加したことを特徴とする請求項１記載の発電機用固定子の製造方法。

【請求項3】

前記固定子２１の外径側にガイドキー３７を溶接する工程は、前記固定子２１の外径側にガイド溝２７を形成して、このガイド溝２７に前記ガイドキー３７を嵌め込み溶接することを特徴とする請求項２記載の発電機用固定子の製造方法。

【請求項4】

前記コアキー２９をガイドにして鉄心２３を積層する工程は、前記鉄心２３の外径部に前記コアキー２９の嵌合するコアキー溝２６を形成し、このコアキー溝２６を前記コアキー２９に嵌合して積層することを特徴とする請求項１記載の発電機用固定子の製造方法。

【請求項5】

前記コアキー溝２６は、内方が幅広のあり溝とし、前記コアキー２９は、このあり溝に嵌合する先端を幅広に形成したものからなることを特徴とする請求項４記載の発電機用固定子の製造方法。

【請求項6】

扇形の外周に、所定の中心角でコアキー溝２６とガイド溝２７を交互に形成し、前記扇形の内周に、コイル装着用スロット２８を形成し、中央部に締め付けボルト孔３４を穿設した鉄心２３と、
固定子枠内周縁２５であって、前記コアキー溝２６に対応した位置に調整板３６を介在してコアキー２９を着脱自在に取り付けるための支柱２４を形成するとともに、端部に固定子支持板４０を形成した固定子枠２０と、
前記固定子支持板４０の上に、前記コアキー２９に前記鉄心２３の前記コアキー溝２６を嵌合して所定枚数毎に冷却用の通風口を形成する通風板３９を介在して積層し、両端の鉄心押え板３１とともに前記締め付けボルト孔３４に鉄心締め付けボルト３２を差し込み形成された固定子２１と、
前記ガイド溝２７に嵌合して前記固定子２１を一体に溶接したガイドキー３７と、
前記コイル装着用スロット２８に装着したコイル３５と
からなり、前記コアキー溝２６は、内方が幅広のあり溝とし、前記コアキー２９は、このあり溝に嵌合する先端を幅広に形成したものからなることを特徴とする発電機用固定子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、セグメント型（扇形）の鉄心、円形の鉄心、多角形の鉄心などを積層して構成された発電機用固定子及びその製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

発電機の固定子鉄心を外側の大きなフレームに取り付ける方法が提案されている（特許文献１）。
この方法は、図９に示すように、扇形をした薄鉄板を継目の位置が重ならないようにずらしながら積層して固定子鉄心１０を構成し、この固定子鉄心１０を内フレーム１３に挿入し、締め付けボルト１１を入れ、ナット１２で締め付ける。固定子鉄心１０を組み込み後、内フレーム１３を外フレーム１４に挿入し、継目は全周溶接する、と記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平６−２６１４７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の発明は、内フレーム１３と外フレーム１４の全周溶接作業に長時間要するだけでなく、溶接が不完全になったり、固定子フレームに歪みが発生したりしやすく、また、固定子と回転子の間の隙間が一定にならないことが原因で磁場の変動で振動が生じる恐れがあるという問題点があった。

【0005】

本発明は、固定子の組み立て時に、固定子枠を冶具として機能させることにより簡単で確実に組み立てができるようにした発電機用固定子及びその製造方法を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の発電機用固定子の製造方法は、
固定子枠２０の固定子枠内周縁２５に所定間隔で設けた支柱２４にコアキー２９を取り付ける工程と、
前記コアキー２９をガイドにして鉄心２３を積層する工程と、
積層した鉄心２３を鉄心締め付けボルト３２で締め付けて固定子２１を構成する工程と、
前記固定子２１から前記コアキー２９を取り外す工程と、
前記固定子２１を固定子枠２０から抜き出す工程と、
前記固定子２１とこの固定子２１に取り付けたコイル３５を一体に樹脂含浸する工程と、
樹脂含浸した固定子２１を前記固定子枠２０の固定子枠内周縁２５に臨ませて固着する工程と
からなる。

【0007】

前記積層した鉄心２３を鉄心締め付けボルト３２で締め付けて固定子２１を構成する工程の後に、前記固定子２１の外径側にガイドキー３７を溶接する工程を付加したことを特徴とする。

【0008】

前記固定子２１の外径側にガイドキー３７を溶接する工程は、前記固定子２１の外径側にガイド溝２７を形成して、このガイド溝２７に前記ガイドキー３７を嵌め込み溶接することを特徴とする。

【0009】

前記コアキー２９をガイドにして鉄心２３を積層する工程は、前記鉄心２３の外径部に前記コアキー２９の嵌合するコアキー溝２６を形成し、このコアキー溝２６を前記コアキー２９に嵌合して積層することを特徴とする。

【0010】

前記コアキー溝２６は、内方が幅広のあり溝とし、前記コアキー２９は、このあり溝に嵌合する先端を幅広に形成したものからなることを特徴とする。

【0011】

本発明の発電機用固定子は、
扇形の外周に、所定の中心角でコアキー溝２６とガイド溝２７を交互に形成し、前記扇形の内周に、コイル装着用スロット２８を形成し、中央部に締め付けボルト孔３４を穿設した鉄心２３と、
固定子枠内周縁２５であって、前記コアキー溝２６に対応した位置に調整板３６を介在してコアキー２９を着脱自在に取り付けるための支柱２４を形成するとともに、端部に固定子支持板４０を形成した固定子枠２０と、
前記固定子支持板４０の上に、前記コアキー２９に前記鉄心２３の前記コアキー溝２６を嵌合して所定枚数毎に冷却用の通風口を形成する通風板３９を介在して積層し、両端の鉄心押え板３１とともに前記締め付けボルト孔３４に鉄心締め付けボルト３２を差し込み形成された固定子２１と、
前記ガイド溝２７に嵌合して前記固定子２１を一体に溶接したガイドキー３７と、
前記コイル装着用スロット２８に装着したコイル３５と
からなり、前記コアキー溝２６は、内方が幅広のあり溝とし、前記コアキー２９は、このあり溝に嵌合する先端を幅広に形成したものからなることを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

請求項１記載の発明によれば、
固定子枠２０の固定子枠内周縁２５に所定間隔で設けた支柱２４にコアキー２９を取り付ける工程と、
前記コアキー２９をガイドにして鉄心２３を積層する工程と、
積層した鉄心２３を鉄心締め付けボルト３２で締め付けて固定子２１を構成する工程と、
前記固定子２１から前記コアキー２９を取り外す工程と、
前記固定子２１を固定子枠２０から抜き出す工程と、
前記固定子２１とこの固定子２１に取り付けたコイル３５を一体に樹脂含浸する工程と、
樹脂含浸した固定子２１を前記固定子枠２０の固定子枠内周縁２５に臨ませて固着する工程と
からなるので、鉄心２３を積層する治具として固定子枠２０を兼用することで、別途組み立て治具を用いることなく簡便に固定子２１を組み立てることができる。また、固定子枠２０が大きすぎて樹脂含浸タンクに入らないときには、固定子２１だけを樹脂含浸することができる。

【0014】

請求項２記載の発明によれば、
前記積層した鉄心２３を鉄心締め付けボルト３２で締め付けて固定子２１を構成する工程の後に、前記固定子２１の外径側にガイドキー３７を溶接する工程を付加したので、鉄心２３を積層した固定子２１をより確実に固着することができる。

【0015】

請求項３記載の発明によれば、
前記固定子２１の外径側にガイドキー３７を溶接する工程は、前記固定子２１の外径側にガイド溝２７を形成して、このガイド溝２７に前記ガイドキー３７を嵌め込み溶接するようにしたので、溶接工程が簡単にかつ確実になる。

【0016】

請求項４記載の発明によれば、
前記コアキー２９をガイドにして鉄心２３を積層する工程は、前記鉄心２３の外径部に前記コアキー２９の嵌合するコアキー溝２６を形成し、このコアキー溝２６を前記コアキー２９に嵌合して積層するようにしたので、積層時の円周方向の位置合わせが簡単に行える。

【0017】

請求項５記載の発明によれば、
前記コアキー溝２６は、内方が幅広のあり溝とし、前記コアキー２９は、このあり溝に嵌合する先端を幅広に形成したものからなるので、積層時の円周方向と中心方向の位置合わせが簡単に行える。

【0018】

請求項６記載の発明によれば、
本発明の発電機用固定子は、
扇形の外周に、所定の中心角でコアキー溝２６とガイド溝２７を交互に形成し、前記扇形の内周に、コイル装着用スロット２８を形成し、中央部に締め付けボルト孔３４を穿設した鉄心２３と、
固定子枠内周縁２５であって、前記コアキー溝２６に対応した位置に調整板３６を介在してコアキー２９を着脱自在に取り付けるための支柱２４を形成するとともに、端部に固定子支持板４０を形成した固定子枠２０と、
前記固定子支持板４０の上に、前記コアキー２９に前記鉄心２３の前記コアキー溝２６を嵌合して所定枚数毎に冷却用の通風口を形成する通風板３９を介在して積層し、両端の鉄心押え板３１とともに前記締め付けボルト孔３４に鉄心締め付けボルト３２を差し込み形成された固定子２１と、
前記ガイド溝２７に嵌合して前記固定子２１を一体に溶接したガイドキー３７と、
前記コイル装着用スロット２８に装着したコイル３５と
からなり、前記コアキー溝２６は、内方が幅広のあり溝とし、前記コアキー２９は、このあり溝に嵌合する先端を幅広に形成したものからなるので、構造が堅牢で安定した発電動作をすることができる。また、鉄心２３を正確に積層した発電機用固定子となる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明による発電機用固定子及びその製造方法の一実施例を示す組立順序をしめすフローチャートである。

【図2】固定子枠２０を冶具として使用し鉄心２３を積層する工程の縦断面図である。

【図3】図２におけるＡ−Ａ線断面図である。

【図4】鉄心２３の積層状態を示す側面図である。

【図5】扇形の１枚の鉄心２３の平面図である。

【図6】積層した鉄心２３をガイドキー３７で溶接した状態の平面図である。

【図7】固定子２１を固定子枠２０に取り付けた状態の縦断面図である。

【図8】固定子枠２０に固定子２１と回転子２２を組み立てた状態の一部切り欠いた正面図である。

【図9】従来の固定子鉄心の組み立て方法を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明の発電機用固定子の製造方法は、
固定子枠２０の固定子枠内周縁２５に所定間隔で設けた支柱２４にコアキー２９を取り付ける工程と、
前記コアキー２９をガイドにして鉄心２３を積層する工程と、
積層した鉄心２３を鉄心締め付けボルト３２で締め付けて固定子２１を構成する工程と、
前記固定子２１から前記コアキー２９を取り外す工程と、
前記固定子２１を固定子枠２０から抜き出す工程と、
前記固定子２１とこの固定子２１に取り付けたコイル３５を一体に樹脂含浸する工程と、
樹脂含浸した固定子２１を前記固定子枠２０の固定子枠内周縁２５に臨ませて固着する工程と
からなる。

【0022】

前記積層した鉄心２３を鉄心締め付けボルト３２で締め付けて固定子２１を構成する工程の後に、前記固定子２１の外径側にガイドキー３７を溶接する工程を付加することが好ましい。

【0023】

前記固定子２１の外径側にガイドキー３７を溶接する工程は、前記固定子２１の外径側にガイド溝２７を形成して、このガイド溝２７に前記ガイドキー３７を嵌め込み溶接する。

【0024】

前記コアキー２９をガイドにして鉄心２３を積層する工程は、前記鉄心２３の外径部に前記コアキー２９の嵌合するコアキー溝２６を形成し、このコアキー溝２６を前記コアキー２９に嵌合して積層する。

【0025】

本発明の発電機用固定子は、
扇形の外周に、所定の中心角でコアキー溝２６とガイド溝２７を交互に形成し、前記扇形の内周に、コイル装着用スロット２８を形成し、中央部に締め付けボルト孔３４を穿設した鉄心２３と、
固定子枠内周縁２５であって、前記コアキー溝２６に対応した位置に調整板３６を介在してコアキー２９を着脱自在に取り付けるための支柱２４を形成するとともに、端部に固定子支持板４０を形成した固定子枠２０と、
前記固定子支持板４０の上に、前記コアキー２９に前記鉄心２３の前記コアキー溝２６を嵌合して所定枚数毎に冷却用の通風口を形成する通風板３９を介在して積層し、両端の鉄心押え板３１とともに前記締め付けボルト孔３４に鉄心締め付けボルト３２を差し込み形成された固定子２１と、
前記ガイド溝２７に嵌合して前記固定子２１を一体に溶接したガイドキー３７と、
前記コイル装着用スロット２８に装着したコイル３５と
からなり、前記コアキー溝２６は、内方が幅広のあり溝とし、前記コアキー２９は、このあり溝に嵌合する先端を幅広に形成したものからなるものである。

【実施例1】

【0027】

本発明の発電機用固定子及びその製造方法の組み立て工程（Ｓ−１）〜（Ｓ−９）の実施例１を図面に基づき説明する。
（Ｓ−１）固定子枠２０にコアキー２９を取り付ける工程
固定子枠２０は、図８に示すように、固定子枠内周縁２５に臨ませて固定子２１を取り付け、据え付け基礎４２に据え付け、据え付けた固定子２１の内側に回転子２２が収まるものである。
前記固定子枠２０の固定子枠内周縁２５には、図２、図３に示すように、所定の中心角２θの間隔で支柱２４が設けられる。この中心角２θは、セグメント型（扇形）の前記鉄心２３の中心角４θ＝４０度とすると、中心角２θ＝２０度の間隔で前記支柱２４が設けられる。また、図３、図５に示すように、前記鉄心２３の外周縁には、コアキー溝２６とガイド溝２７がθ＝１０度の間隔で交互に設けられる。前記コアキー溝２６は、内方が次第に幅広くなるあり溝とし、前記ガイド溝２７は、逆に内方が次第に幅を狭くなるように設けられる。また、両端部のガイド溝２７は、隣接する鉄心２３の１／２幅のガイド溝２７と合わさって１つのガイド溝２７を形成する。前記鉄心２３の内周縁には、後述するコイル３５が装着されるスロット２８が設けられ、さらに、鉄心２３の中央部には、複数個の締め付けボルト孔３４が穿設される。
以上のように構成された前記固定子枠２０の前記支柱２４の固定子枠内周縁２５に沿って、図２、図３に示すように、前記コアキー溝２６に嵌合するための先端側が幅広くなる楔形のコアキー２９が調整板３６を介在してボルト３０で取り付けられる。

【0028】

（Ｓ−２）コアキー２９をガイドにして鉄心２３を積層する工程
図２に示すように、固定子枠２０の下端に設けられた固定子支持板４０の上に、図８に示すようなリング状の鉄心押え板３１と前記スロット２８と同一のスロットを有するフィンガー３８を載せ、このフィンガー３８の上に扇形の鉄心２３を積層する。この時、鉄心２３だけでなく、鉄心押え板３１とフィンガー３８にもコアキー溝２６が形成されており、前記コアキー２９をガイドにして順次積層される。前記鉄心２３は、中心角が４０度とすると、９枚で１周（３６０度）するが、図４に示すように、継目が一致しないようにθ／２＝２０度ずらして順次積層する。前記鉄心２３が所定の厚さになったら、冷却用の通風口を形成する通風板３９を挟み、さらに順次鉄心２３と通風板３９を積層する。所定の回数だけ積層した鉄心２３の上部にさらに、フィンガー３８と鉄心押え板３１を積層して積層体を構成する。
なお、前記鉄心２３は、扇形に限られず、全体が１枚の円形の鉄心、多角形の鉄心などであってもよい。

【0029】

（Ｓ−３）鉄心締め付けボルト３２で積層した鉄心２３を締め付ける工程
前述の工程で構成された積層体の締め付けボルト孔３４に鉄心締め付けボルト３２を挿入し、上下のナット３３で締め付けて固定子２１とする。前記鉄心締め付けボルト３２や座金は、鉄心２３を貫通することにより、運転中の磁束により電流が流れるのを防止するため、絶縁を施したものを使用する。

【0030】

（Ｓ−４）固定子２１の外径側にガイドキー３７を配置して溶接する工程
図６に示すように、固定子２１の積層体の外周部分のガイド溝２７にガイドキー３７を嵌め込み、ガイドキー３７の両側を固定子２１の積層体に溶接して固定子２１の積層体を一体化する。溶接作業のため、固定子枠２０の側版４３には開口を設けるようにしておく。

【0031】

（Ｓ−５）コアキー２９を取り外す工程
図２において、支柱２４にコアキー２９を固定しているボルト３０を抜き取る。このとき、ボルト３０の抜き取り作業を容易にするため、固定子枠２０の側版４３には開口を設けるようにしておく。支柱２４との固定を外されたコアキー２９を固定子２１の積層体のコアキー溝２６から抜き取る。

【0032】

（Ｓ−６）プレスした固定子２１の積層体を固定子枠２０から抜き出す工程
固定子枠２０の下端の固定子支持板４０に載せられて積層した固定子２１の積層体は、コアキー２９を抜き取ることにより、固定子枠２０から一旦抜き出す。固定子２１の積層体の抜き出しの際、コアキー２９とともに調整板３６も抜き出すことで、固定子２１の積層体は、固定子枠２０から容易に抜き出すことができる。

【0033】

（Ｓ−７）ガイドキー３７の外径を固定子枠２０の固定子枠内周縁２５に合わせて切削加工する工程
溶接されたガイドキー３７の外径が固定子枠２０の固定子枠内周縁２５に一致するかやや小さな径となるように切削加工する。

【0034】

（Ｓ−８）固定子２１とコイル３５を一体に樹脂含浸する工程
固定子２１の積層体のスロット２８にコイル３５を嵌め込み、このコイル３５と一体に固定子２１を樹脂タンクにどぶ付けして外周全体に樹脂の塗膜を形成する。

【0035】

（Ｓ−９）固定子２１を固定子枠２０に嵌合固着する工程
固定子２１の塗膜が硬化したら、図７に示すように、固定子枠２０の下端の固定子支持板４０に固定子２１を載せるようにして嵌合する。このとき、固定子２１の外周面と、固定子枠２０の固定子枠内周縁２５とは、全周で均一な隙間（たとえば、０．５ｍｍ）をもって嵌合される。嵌合した固定子２１の上に、図７、図８に示すような固定子支持板４０を宛がい、ねじ４１で固定子枠２０に固着する。

【0036】

前記実施例では、固定子枠２０を、固定子２１の積層体の組み込み時に、治具として利用し、固定子２１の積層体の組み込み後に、一旦、固定子枠２０から抜き取り、コイル３５と一体に樹脂タンクに浸漬して樹脂含浸した。このような構成とすることにより、固定子枠２０が大きすぎて、樹脂タンクに浸漬できなくても、積層した固定子２１だけを樹脂タンクに浸漬することができ、樹脂タンクに大きさの限度がある場合では、固定子２１を樹脂含浸するのに好適である。

【0037】

図８では、固定子枠２０が縦型（回転子の回転軸が横型）の例を示したが、本発明は、固定子枠２０が横型（回転子の回転軸が縦型）であっても採用することができる。

【符号の説明】

【0038】

１０…固定子鉄心、１１…締め付けボルト、１２…ナット、１３…内フレーム、１４…外フレーム、２０…固定子枠、２１…固定子、２２…回転子、２３…鉄心、２４…支柱、２５…固定子枠内周縁、２６…コアキー溝、２７…ガイド溝、２８…スロット、２９…コアキー、３０…ボルト、３１…鉄心押え板、３２…鉄心締め付けボルト、３３…ナット、３４…締め付けボルト孔、３５…コイル、３６…調整板、３７…ガイドキー、３８…フィンガー、３９…通風板、４０…固定子支持板、４１…ねじ、４２…据え付け基礎、４３…側版。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】