CN1638240A - 旋转电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及适于有效地冷却涡轮发电机的定子端部的旋转电机。解决由于在涡轮电机的定子铁芯端部产生的热量而使定子铁芯端部的温度过高的问题。在具备由定子铁芯、定子铁芯按压部件、定子线圈构成的定子，转子铁芯、转子线圈、保持环构成的转子，配置在定子铁芯端部的内径侧、对冷却机内的冷却介质进行分配的挡板的旋转电机中，设置形成沿着定子铁芯按压部件的内周以及/或者定子铁芯端部的内周面的冷却介质流动的挡板。

Description

旋转电机
技术领域
本发明涉及旋转电机，举例来说涉及适于有效地冷却涡轮发电机的定子端部的旋转电机。
背景技术
在涡轮发电机中，定子和转子由于电磁的、机械的原因而产生热。作为除去该产生的热的冷却介质使用空气或氢气等。图3表示使用空气或氢气等冷却介质进行冷却来除去产生的热的方式的涡轮发电机的整体结构，图4表示定子以及转子的端部附近的轴向·径向的截面放大图。
涡轮发电机由定子1和转子2介由空气间隙8配置构成。定子1由定子铁芯6、和缠绕在定子铁芯6上的定子线圈4构成；转子2由配置在该定子1内周的转子铁芯5、和插入设在转子铁芯5上的数个切槽(未图示出)的转子线圈9、覆盖住突出于转子铁芯5端部的转子线圈9的端部外周的保持环10构成。另外，在定子铁芯端部7上，一般设有按压定子铁芯6的定子铁芯按压部件11，使用该定子铁芯按压部件11将定子夹紧在定子框体上等固定住。
另外，如上所述，定子1和转子2由于电磁的、机械的主要原因产生热。为了除去该产生的热，防止定子1和转子2的温度过度升高，在转子2的端部等设置送风扇3，使用该送风扇3来使机内的空气或氢气等冷却介质14循环或者排气。非专利文献1记载了以下方法，将来自设在该转子2的端部等上的送风扇3的冷却介质分别分配到定子1与转子2间的通路、定子1内的通路、转子2内的通路、定子铁芯6背面的通路，如图5所示，利用设置在定子1端部和转子2端部间的通路入口(空气间隙8的入口)上的挡板12，局部地堵塞空气间隙8的入口来调节向各通路流量分配。在该非专利文献1中，在挡板12和保持环10之间设有间隙，通过调节该间隙来分配流向各通路的流量。并且，作为同样的装置，专利文献1(特开平6-38411号公报)记载了像图6那样，由2个复合环夹住密封材料的结构的挡板12。
这里，在涡轮发电机中，定子铁芯端部7的附近复杂地存在着由磁场电动势以及电枢磁动势引起的漏磁通(参照专利文献2：特开平11-225455号公报)，并且轴向的磁通入射到铁芯端面。因从该轴向入射的磁通，涡电流在定子铁芯端部7流动产生涡电流损耗，定子铁芯端部7局部发热。以前这种发热比较轻微，上述挡板12不必为了除去发热而控制冷却介质的流动，而是如上述那样以流量分配为目的设置。
另外，专利文献3中记载了在设置于定子铁芯端部7的定子铁芯按压部件11上的整个挡板上开设多个孔穴17而成为多孔挡板16，调节在多孔挡板16下游的冷却介质在空气间隙内的流量分布。图7是使用了该多孔挡板16的轴向-径向的截面放大图。在该专利文献3(特开昭61-161935号公报)中，由于以使空气间隙内的流量分布均一化，调节向定子铁芯6内的通路的流量分配为目的，通过了多孔挡板16的数个孔穴17的冷却介质由于分散在定子铁芯端部7和转子铁芯5的端部间的整个通路上，定子铁芯端部7的冷却介质的流速减弱，而产生了定子铁芯端部7的冷却性能不足的问题。
近年来出现了要求涡轮电机小型化·大容量化，有机内的发热密度更高的倾向，为了防止定子铁芯端部7的温度过高，需要进行更有效地冷却。如上所述，特别是定子铁芯端部7的附近，复杂地存在着由磁场电动势以及电枢磁动势引起的漏磁通，轴向的磁通入射到铁芯端面。因从该轴向入射的磁通而在定子铁芯端部7有涡电流流动，产生涡电流损耗并且局部发热。
在这种情况下，由于原有技术没有充分考虑有关上述定子铁芯端部7的冷却，所以存在定子铁芯端部7和定子铁芯按压部件11冷却不足而过热等课题。
非专利文献1：「大容量タ一ビン発電機の回転子冷却強化の評価手法開発」，東芝  谷山  賀浩  他3人  2003年5月23日
電気学会  回転機研究会  資料RM-03-25
发明内容
需解决的问题是由于在定子铁芯端部产生的热使定子铁芯端部的温度过高。
本发明的主要特征在于，为了有效地冷却定子铁芯端部、防止定子铁芯端部的温度过高，设置挡板，它配置在定子铁芯端部的内径侧、形成沿着定子铁芯按压部件的内周以及/或者定子铁芯端部的内周面的冷却介质的流动。
本发明的旋转电机由于设置了配置在定子铁芯端部的内径侧、形成沿着定子铁芯按压部件的内周以及/或者定子铁芯端部的内周面的冷却介质的流动的挡板，所以能够有效地冷却定子铁芯端部，具有即使在定子铁芯端部产生热、定子铁芯端部的温度也不会过高的优点
附图说明
图1是本发明的实施例1的定子以及转子端部附近的轴向·径向的截面放大图。
图2是本发明的实施例1的定子以及转子端部附近的圆周方向·径向的截面放大图。
图3是作为本发明的对象的涡轮发电机的整体结构图。
图4是图3中涡轮发电机的定子以及转子端部的圆周方向·径向的截面放大图。
图5是使用了原有的挡板的定子以及转子端部附近的轴向-径向的截面放大图。
图6是使用了原有的其它挡板的定子以及转子端部附近的轴向-径向的截面放大图。
图7是使用了原有的多孔挡板的定子以及转子端部附近的轴向-径向的截面放大图。
图8是将本发明的实施例1的效果与原有例相比较来表示的特性图。
图9是本发明的实施例2的定子以及转子端部附近的轴向·径向的截面放大图。
图10是本发明的实施例2的定子以及转子端部附近的圆周方向·径向的截面图。
图11是本发明的实施例3的定子以及转子端部附近的轴向·径向的截面放大图。
图12是本发明的实施例3的定子以及转子端部附近的圆周方向·径向的截面图。
图13是本发明的实施例4的定子以及转子端部附近的轴向·径向的截面放大图。
图14是本发明的实施例14的定子以及转子端部附近的圆周方向·径向的截面图。
图15是本发明的实施例5的定子以及转子端部附近的轴向·径向的截面放大图。
图16是本发明的实施例5的定子以及转子端部附近的圆周方向·径向的截面图。
具体实施方式
以与以前几乎相等的部件数目，不破坏以前的旋转电机中调节向各通路的流量分配之类功能，实现了有效地冷却旋转电机的定子铁芯端部的目的。
实施例1
本发明的旋转电机的一个实施例中的涡轮发电机的整体结构与图3相同，省略其说明。
图1是表示本发明的实施例1的定子以及转子端部附近的轴向·径向的截面放大图，图2是图1结构中的圆周方向·径向的截面图。
在本实施例中，挡板18、19由2张同心的圆盘构成，在定子铁芯按压部件11的内周和挡板18之间以及定子铁芯端部7的内周和挡板18之间具有空隙20，并且，在各挡板18和19之间具有作为开口部的间隙21。由2张同心的圆盘构成的挡板18、19安装在挡板支撑部件15上，该挡板支撑部件15是固定在定子铁芯按压部件11上的结构，定子铁芯按压部件11的内周和挡板18之间的间隙20、以及挡板18和19之间的间隙21由作为径向部件的挡板支撑部件15顺圆周方向隔开。
图1相当于表示原有挡板结构的图5，由于来自送风扇3(未图示出)的冷却介质14也在配置成同心圆状的挡板18和挡板19之间流动，所以挡板18和19之间的间隙21设置在比定子铁芯6的内径更靠径向中心的位置。
在本实施例中，通过定子铁芯按压部件11或定子铁芯端部7的内周和挡板18之间的间隙20流动的冷却介质，对定子铁芯按压部件11和定子铁芯端部7进行冷却。然后，流经了间隙20的冷却介质沿着定子铁芯端部的形状使流动方向偏向于空隙8的内径一侧，通过与朝着通过了挡板81和挡板19的间隙21的轴向喷出的冷却介质冲突，改变其流向，合流后沿着定子铁芯6的内周流动，从而有效地冷却定子铁芯6及其端部7。
图8是通过实验评价本实施例的效果的结果。横轴表示以挡板为起点的轴向的无量纲距离，纵轴表示以原有技术中的定子铁芯端部的内周一侧的最高温度为基准的无量纲温度上升。如图8所示，相对于原有技术(A)，本实施例(B)能够使定子铁芯端部内周的最高温度上升降低至约50％，由此可知，本实施例的方法与原有技术相比非常先进。
实施例2
图9是表示本发明的实施例2的定子以及转子的端部附近的轴向·径向的截面放大图，图10是图9结构中的圆周方向·径向的截面图。
本实施例的挡板与实施例1相同，由2张同心的圆盘构成，挡板19被固定在保持环10上，由作为与挡板19连接的径向部件的挡板支撑部件15顺圆周方向隔开，挡板18利用挡板支撑部件15保持定子铁芯6和转子铁芯5或保持环10间的空间。在定子铁芯按压部件11的内周及/或定子铁芯端部7的内周和挡板18之间设有间隙20，在挡板18和挡板19之间设有间隙21，由于该间隙21位于比定子铁芯6的内径更靠径向中心的位置，所以，能够发挥与实施例1相同的冷却效果。
实施例3
图11是表示本发明的实施例3的定子以及转子端部附近的轴向·径向的截面放大图，图12是图11结构中的圆周方向·径向的截面图。
本实施例中的挡板由与实施例1、2相同的2张同心圆盘构成，挡板19被固定在保持环10上，挡板18安装在挡板支撑部件15上，支撑于定子铁芯端部7或固定铁芯按压部件11上。在定子铁芯按压部件11的内周以及/或定子铁芯端部7的内周和挡板18之间设有间隙20，在挡板18和挡板19之间设有间隙21，由于该间隙21位于比定子铁芯6的内径更靠径向中心的位置，所以，能够发挥与实施例1、2相同的冷却效果。
实施例4
图13是表示本发明的实施例4的定子以及转子端部附近的轴向·径向的截面放大图，图14是图13结构中的圆周方向·径向的截面图。本实施例中的挡板由与实施例1、2、3相同，由2张同心圆盘构成，挡板18安装在挡板支撑部件15上，支撑于定子铁芯端部7或固定铁芯按压部件11上。挡板19利用与挡板18一体或另外部件的径向部件支撑着，使得顺圆周方向隔开设在挡板18和挡板19之间的间隙21。在定子铁芯按压部件11的内周以及/或定子铁芯端部7的内周和挡板18之间设有间隙20，在挡板18和挡板19之间设有间隙21，由于该间隙21位于比定子铁芯6的内径更靠径向中心的位置，所以，能够发挥与实施例1、2、3相同的冷却效果。
另外，本发明的实施例1～4的挡板，虽然是由2张同心圆盘构成的，不过也可以由3张以上的多个同心的圆盘构成。当然，此时的圆盘间的间隙也位于比定子铁芯6的内径更靠径向中心的位置。
另外，本发明的实施例1～4的挡板，虽然是由2张同心的圆盘构成的，不过也可以不只是环状的一体结构，而是考虑到旋转电机的组装或施工的便利性，可顺轴向分割成多个，将分割了的挡板直接或介由连接部件连接起来而构成。
另外，本发明的实施例1～4的挡板，虽然是由2张同心的圆盘构成的，不过，也可以由按以下构成，在图1的挡板18和19以及填补挡板18和19之间的间隙的圆盘上，设置开设相当于挡板18和19之间的间隙的贯通孔而形成的开口部。当然，此时的开口部也位于比定子铁芯6的内径更靠径向中心的位置。
实施例5
图15是表示本发明的实施例5的定子以及转子端部附近的轴向·径向的截面放大图，图16是图15结构中的圆周方向·径向的截面图。
在本实施例中，具有跨越定子铁芯端部7或固定铁芯按压部件11的内周两方的挡板23，该挡板23沿着定子铁芯端部7和固定铁芯按压部件11的内周顺轴向延伸，并且，在定子铁芯端部7的内周和挡板23间具有间隙24，挡板23的外周形状具有大致沿着定子铁芯端部7的内周以及/或固定铁芯按压部件11的内周的形状，挡板23利用挡板支撑部件15与固定铁芯按压部件11一起固定，使得间隙24的间隔在冷却介质的流动方向大致相同。
采用本实施例，流入定子铁芯端部7以及/或者固定铁芯按压部件11的内周和挡板23之间的间隙24的冷却介质14，由于不在顺轴方向延伸的挡板23和定子铁芯端部7以及/或者固定铁芯按压部件11之间的通路内扩散而流动，所以能够有效地冷却定子铁芯端部7，从而能够发挥与实施例1、2、3、4相同的冷却效果。
另外，本发明的实施例5的挡板，虽然是由1张圆盘构成的，不过，也可以不只是环状的一体结构，而是考虑到旋转电机的组装或施工的便利性，可顺周向分割成多个，将分割了的挡板直接或介由连接部件连接起来而构成。
另外，本发明的实施例1～5的挡板15虽然固定在固定铁芯按压部件11或者保持环10上，但也可以固定在定子铁芯端部7上。

Claims (8)

1.一种旋转电机，具备由定子铁芯、按压该定子铁芯的定子铁芯按压部件、缠绕在上述定子铁芯上的定子线圈所构成的定子，由介由间隙插入该定子的内周的转子铁芯、插入设在该转子铁芯上的多个切槽的转子线圈、覆盖住从上述转子铁芯端部突出来的转子线圈端部外周的保持环所构成的转子，配置在上述定子铁芯端部的内径侧、对冷却机内的冷却介质进行分配的挡板；其特征在于，在上述挡板和上述定子铁芯按压部件的内周之间、以及/或者上述挡板和上述定子铁芯端部的内周之间具有使冷却介质流动的间隙，在上述挡板上，形成与流过上述间隙的冷却介质合流、使冷却介质沿着上述定子铁芯按压部件的内周以及/或者上述定子铁芯端部的内周面流动的开口部，该开口部位于比上述挡板的上述定子铁芯的内径更靠径向中心的位置。
2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于：上述挡板由多个同心的圆盘构成的同时，上述开口部为形成于上述多个圆盘间的间隙，并且上述挡板利用设置在上述定子铁芯侧的支撑部件保持在上述定子铁芯和上述转子铁芯间的空间、或者在上述定子铁芯和上述保持环间的空间。
3.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于：上述挡板由多个同心状的圆盘构成的同时，上述开口部为构成于上述多个圆盘间的间隙，并且上述挡板被固定在上述保持环或者上述转子铁芯侧、保持在上述定子铁芯和上述转子铁芯间的空间、或者在上述定子铁芯和上述保持环间的空间。
4.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于：上述挡板由一个圆盘构成的同时，上述开口部为开设在上述圆盘上的通孔，并且上述挡板利用设置在上述定子铁芯侧的支撑部件，保持在上述定子铁芯和上述转子铁芯间的空间、或者在上述定子铁芯和上述保持环间的空间。
5.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于：上述挡板由一个圆盘构成的同时，上述开口部为开设在上述圆盘上的通孔，并且上述挡板被固定在上述保持环或者上述转子铁芯侧，保持在上述定子铁芯和上述转子铁芯间的空间、或者在上述定子铁芯和上述保持环间的空间。
6.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于：上述挡板顺圆周方向被分割成多个，将被分割了的挡板直接或介由连接部件连接起来。
7.一种旋转电机，具备由定子铁芯、按压该定子铁芯的定子铁芯按压部件、缠绕在上述定子铁芯上的定子线圈构成的定子，介由间隙插入该定子的内周的转子铁芯、插入设在该转子铁芯上的多个切槽的转子线圈、覆盖住从上述转子铁芯端部突出来的转子线圈端部外周的保持环所构成的转子，配置在上述定子铁芯端部的内径侧、对冷却机内的冷却介质进行分配的挡板；上述挡板顺轴向延伸，在该挡板和上述定子铁芯按压部件的内周之间、以及/或者上述挡板和上述定子铁芯端部的内周之间具有使冷却介质流动的第1间隙，并且，在上述挡板和上述保持环之间、或者上述挡板和上述转子铁芯之间具有第2间隙，上述第1间隙使冷却介质沿着上述定子铁芯按压部件的内周以及/或者上述定子铁芯端部的内周面流动。
8.如权利要求7所述的旋转电机，其特征在于：上述第1间隙在冷却介质的流动方向大致相同。
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