JP2005168109A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】固定子端部からの漏洩磁束によってクランパが発熱するが、従来構造では冷却が十分ではなく過熱する恐れがあった。
【解決手段】固定子鉄心１の積層方向端部に放射状に設けられた非磁性金属部材２ａおよび隣りあうこれら非磁性金属部材相互を円周方向に順次つなぐ渡り部材２ｂを有するフィンガー部材２と、このフィンガー部材の軸方向機外側に配設されたリング状のクランパ３とを備えた回転電機において、上記クランパの外周部に沿って冷却ガスの通風路を軸方向に仕切る仕切り部材７を設けると共に、上記渡り部材を半径方向に複数設置し、該渡り部材と上記クランパとの間に冷却ガスを径方向に通流させる空隙部４を設けたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えばタービン発電機などの回転電機に関し、特に固定子鉄心端部の冷却構造の改善に関するものである。

従来のタービン発電機等の回転電機における固定子鉄心端部は、固定子鉄心の積層方向端面部に、鉄心歯部の先端部から鉄心外周部にかけて放射状に配置された棒状の非磁性金属部材と、機械強度確保の目的でこれら非磁性金属部材を周方向につなぐ渡り部材とで構成されたフィンガー部材と、フィンガー部材の軸方向外側に磁性の一体リングからなるクランパをスルーボルト、コアボルトにより軸方向に締め付けることで、固定子鉄心の外周部から歯部の先端部までを固定可能な構成を適用してきた。

クランパは、電機子巻線の端部と干渉しないように、鉄心の外径側に設置される。このクランパにより鉄心の歯部の先端まで強固に固定するために、フィンガー部材を構成する棒状の非磁性金属部材の高さは例えば数十ｍｍと大きくなる。また、固定子鉄心の背後には通風穴が設けられており、軸端のファン（図示せず）により機内に導入された冷部ガスは、鉄心の半径方向ダクトに流れるとともに、通風穴より鉄心の背後に導かれる（例えば特許文献１参照）。

電気装荷の小さな小容量機では以上のような構成が適用されるが、中大容量機では、電気装荷が大きくなるため、電機子巻線の端部、回転子巻線端部から発生する漏洩磁束が増大して一体物のクランパで発生する渦電流損失が増大し、特にクランパの内周位置で過熱が発生する可能性がある。この対応として、中大容量機では、クランパの軸方向機外側に鋼板を積層した磁束シャントであるシールドコアを設け、渦電流損失を低減する構造としている。なお、シールドコアの付いた固定子鉄心端部支持装置の冷却ガスの流れ方は、特許文献１と同様である（例えば特許文献２参照）。

特開昭５６−４９６３９号公報（第２頁〜第３頁、図１） 特開平１１−２５２８３０号公報（第３頁、図１）

従来の回転電機は固定子鉄心の端部が以上のように構成されているので、固定子巻線端部からクランパに流入する漏洩磁束によって発生する損失の冷却は、クランパの機外側の側面を流れる冷却ガスによって行われるが、冷却風量に対して冷却流路面積が大きいために、風速は数ｍ／ｓｅｃ程度であり、効率的な冷却が行われていなかった。

この発明は上記のような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、クランパを含む固定子端部の冷却構造を改善することにより、渦電流損による温度上昇を抑制し、信頼性及び耐久性が向上された回転電機を提供すること目的としている。

この発明による回転電機は、固定子鉄心の軸方向端部に歯部に対応して放射状に設けられた複数の非磁性金属部材および隣りあう非磁性金属部材相互を順次円周方向につなぐ渡り部材を有するフィンガー部材と、このフィンガー部材の軸方向機外側に配設されたリング状のクランパとを備えた回転電機において、上記クランパの外周部に沿って冷却ガスの通風路を軸方向に仕切る仕切り部材を設けると共に、上記渡り部材を半径方向に複数設置し、該渡り部材と上記クランパとの間に冷却ガスを径方向に通流させる空隙部を設けてなるものである。

この発明によれば、フィンガー部材を構成する渡り部材とクランパとの間に空隙部を設けるとともに、固定子鉄心外周部の仕切り部材の位置をクランパの軸方向位置と合わせることで、クランパの背面（機内側側面）部を冷却する流路が形成され、クランパの冷却効率が改善され、これにより信頼性及び耐久性が向上された回転電機を得ることが出来る。

実施の形態１．
以下、この発明を実施するための実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は実施の形態１による例えばタービン発電機等の回転電機の固定子端部を模式的に示す要部断面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線における矢視断面図である。図に示すように、この実施の形態１による回転電機の固定子端部は、図示を省略している回転子の軸方向（図の左右方向）に積層された固定子鉄心１の積層方向端部に歯部（図示省略）に対応して配設された棒状の非磁性金属部材２ａおよび隣りあうこれら非磁性金属部材２ａ相互を円周方向に順次つなぐ渡り部材２ｂからなるフィンガー部材２と、これらフィンガー部材２および固定子鉄心１を一体的に締め付けるリング状のクランパ３とを備え、上記渡り部材２ｂとクランパ３との間に空隙部４が形成されるように構成されている。なお、上記渡り部材２ｂは半径方向に複数設けられている。

なお、５は積層された固定子鉄心１に半径方向に設けられた鉄心部通風ダクト、６は固定子コイル、実線矢印Ａは冷却ガスの流れを示す。また、７は高圧ゾーンＨと低圧ゾーンＬを仕切る風の仕切り部材であり、従来構造と比較して、軸方向機外側（図の右方向）に移動され、クランパ３の外周位置に設置されている。なお、スルーボルト、コアボルトなどは図示を省略している。さらに、図１は回転軸に直交する方向から見て右側の固定子端部近傍を図示しており、図示を省略している左側端部も同様に構成されている。また、各図を通じて同一符号は同一もしくは相当部分を示すものとする。

次に上記のように構成された実施の形態１の動作について説明する。この実施の形態１では、フィンガー部材２とクランパ３との間に設けた空隙部４を通風路とし、冷却ガスが矢印Ａで示すように渡り部材２ｂとクランパ３との間の空隙部４を外周方向に通過する際に、流速が増大するとともに、渡り部材２ｂの半径方向の空間で旋回して乱流となることで、クランパ３と冷却ガスとの熱伝達が向上して冷却効率を上げることができる。また、固定子鉄心１の外周部の軸方向端部近傍に設けられる仕切り部材７の位置をクランパ３の軸方向位置とほぼ合わせたことにより、クランパ３の背面（機内側側面）部を高圧ゾーンＨから低圧ゾーンＬに向けて流れる冷却ガスの流路が形成され、クランパ３の冷却改善ができる。

上記のようにこの実施の形態１によれば、フィンガー部材２を構成する複数の渡り部材２ｂとクランパ３の間に空隙部４を設けるとともに、固定子鉄心１外周部の仕切り部材７の位置をクランパ３の軸方向位置と合わせることで、クランパ３の背面（機内側側面）部を冷却ガスが高圧ゾーンＨから低圧ゾーンＬに向けて通流して冷却する流路が形成され、クランパ３の冷却が改善されて温度上昇を低減できる。これにより、信頼性及び耐久性が向上した回転電機を得ることが出来る。

実施の形態２．
図３および図４はこの発明の実施の形態２による回転電機を示すもので、図３は固定子端部の要部構造を模式的に示す断面図、図４は図２のＩＶ−ＩＶ線における矢視断面図である。図に示すように、この実施の形態２では、フィンガー部材２を構成する複数の渡り部材２ｂの内、最も内周側（図の下側。即ち図示を省略している回転軸方向）の渡り部材２ｂを、実施の形態１に比較して、クランパ３での損失密度が最大となる内周部３Ａ近傍に設けたものである。その他の構成は、上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

上記のように構成された実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果が得られるほか、フィンガー部材２を構成する渡り部材２ａを、クランパ３の内周部３Ａ近傍に配設したことにより、最も損失密度が高いクランパ３の内周部３Ａの背面部側で冷却ガスの流速が早まり、クランパ３をさらに効率良く冷却することができる。

実施の形態３．
図５および図６はこの発明の実施の形態３による回転電機の要部を模式的に示す図であり、図５は固定子端部の構造を示す断面図、図６は固定子端部を外周側より内周方向に見た図５のＶＩ−ＶＩ線における矢視断面図である。図に示すように、この実施の形態３では、クランパ３がフィンガー部材２と接する面に、冷却ガスを矢印Ｂのように径方向に通流させる溝状の半径方向通風路３１が放射状に多数設けられている。その他の構成は、上記実施の形態２と同様であるので説明を省略する。

上記のように構成された実施の形態３によれば、上記実施の形態２の効果に加えて、クランパ３の機内側側面に放射状の多数の半径方向通風路３１を設けたことにより、クランパ３の冷却面積が増大され、冷却ガスによる冷却効果が更に向上する。また、クランパ３の表面積増大は、軸方向の漏洩磁束に対する損失低減にも寄与する。

実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４による回転電機の固定子端部を模式的に示す断面図である。図に示すように、この発明の実施の形態４においては、クランパ３の機外側（図の右方側）に積層構造で構成されたシールドコア８と、このシールドコア８を軸方向外側より固定するシールド押え９を備えた回転電機において、これらシールド押え９、シールドコア８、およびクランパ３を軸方向に貫通する多数の軸方向通風孔１０を設け、半径方向の通風路を構成する空隙部４に連通させたものである。その他の構成は上記実施の形態２とほぼ同様であるので説明を省略する。

上記のように構成されたこの発明の実施の形態４によれば、上記実施の形態２と同様の効果に加えて、シールドコア８を有する固定子端部構成において、シールドコアの新たな軸方向の冷却流路である軸方向通風孔１０を形成したことで、冷却ガスが矢印Ｃ方向に通流する流路が形成され、シールドコア８、クランパ３の冷却性能がさらに向上する。また、シールドコア８の表面にはコアワニスなどの絶縁塗膜が設けられ、積層された場合、熱抵抗があって冷却され難いが、この実施の形態４ではシールドコア８を軸方向通風孔１０が貫通することで、シールドコア８内部を通流する冷却ガスでシールドコア８が冷却されるので、冷却効率が向上する。

ところで上記実施の形態の説明では、回転電機がタービン発電機である場合について説明したが、これに限定されるものではない。また、渡り部材２ｂが半径方向に３つ設けられた例について説明したが、２つあるいは４つ以上、複数設けたものであれば同様の効果が期待できる。

この発明の実施の形態１による回転電機の固定子端部の構造を模式的に示す要部断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線における矢視断面図である。 この発明の実施の形態２による回転電機の固定子端部の構造を模式的に示す要部断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線における矢視断面図である。 この発明の実施の形態３による回転電機の固定子端部の構造を模式的に示す断面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線における固定子端部を外周側より内周方向に見た矢視断面図である。 この発明の実施の形態４による回転電機の固定子端部を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１ 固定子鉄心、 ２ フィンガー部材、 ２ａ 非磁性金属部材、 ２ｂ 渡り部材、 ３ クランパ、 ３Ａ 内周部、 ３１ 半径方向通風路、 ４ 空隙部、 ５ 鉄心部通風ダクト、 ６ 固定子コイル、 ７ 仕切り部材、 ８ シールドコア、 ９ シールド押え、 １０ 軸方向通風孔。

Claims (4)

1. 回転軸の方向に積層された歯部を有する固定子鉄心と、この固定子鉄心の軸方向端部に歯部に対応して放射状に設けられた複数の非磁性金属部材および隣りあう非磁性金属部材相互を順次円周方向につなぐ渡り部材を有するフィンガー部材と、このフィンガー部材の軸方向機外側に配設されたリング状のクランパとを備えた回転電機において、上記クランパの外周部に沿って冷却ガスの通風路を軸方向に仕切る仕切り部材を設けると共に、上記渡り部材を半径方向に複数設置し、該渡り部材と上記クランパとの間に冷却ガスを径方向に通流させる空隙部を設けてなることを特徴とする回転電機。
2. 上記クランパの軸方向機外側に鋼板を積層したシールドコアを備え、このシールドコアと上記クランパを軸方向に貫通して上記空隙部に連通する軸方向通風孔を設けてなることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 上記渡り部材の内、最も内径側の渡り部材を上記クランパの内周位置近傍に設けてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
4. 上記クランパは、上記フィンガー部材に対向する表面部に冷却風を通流させる放射方向の多数の溝からなる半径方向通風路を設けてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の回転電機。
   

Images