JP2009141985A - Rotating electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は固定子を包囲するケーシング内部にガス冷却器を備えた回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine having a gas cooler inside a casing surrounding a stator.
回転電機、特にタービン発電機等の大型の回転電機は、電気的損失、機械的損失により固定子巻線、固定子鉄心等の温度が上昇する。このような回転電機においては温度上昇部を冷却するため回転子に取り付けたファンにより回転電機機内の冷却ガスを循環させ、ガス冷却器により冷却している。例えばケーシング内のファンとガス冷却器との間に設けられファンから送られた冷却ガスをガス冷却器に導く第1の通風路形成手段と、ガス冷却器を出た冷却ガスを固定子鉄心の半径方向冷却通路に導く第2の通風路形成手段と、同冷却ガスを固定子鉄心端部に導く第3の通風路形成手段と、固定子鉄心を冷却した冷却ガスをファンに導く第4の通風路形成手段とを設けたものがある(例えば特許文献1参照。)。また、固定子巻線端部を覆う固定子枠及び軸受ブラケットの一つが磁性金属からなる回転電機において、該磁性金属からなる部分を良導電性の金属板からなるシールド板にて内側から覆い、そのシールド板の内部に冷却媒体を通す冷媒通路を設け、この冷媒通路に冷却媒体を給排する配管を設け、ブラケットなどの過熱を防止したものがある(例えば特許文献2参照。)。 In a rotating electric machine, particularly a large rotating electric machine such as a turbine generator, the temperature of a stator winding, a stator core, and the like rises due to electrical loss and mechanical loss. In such a rotating electrical machine, the cooling gas in the rotating electrical machine is circulated by a fan attached to the rotor and cooled by a gas cooler in order to cool the temperature rising portion. For example, the first ventilation path forming means provided between the fan in the casing and the gas cooler for guiding the cooling gas sent from the fan to the gas cooler, and the cooling gas exiting the gas cooler for the stator core A second ventilation path forming means for guiding the cooling gas to the radial cooling passage; a third ventilation path forming means for guiding the cooling gas to the end of the stator core; and a fourth for guiding the cooling gas that has cooled the stator core to the fan. There is one provided with ventilation path forming means (see, for example, Patent Document 1). Further, in a rotating electrical machine in which one of the stator frame and the bearing bracket that covers the stator winding end is made of magnetic metal, the magnetic metal part is covered from the inside with a shield plate made of a highly conductive metal plate, There is a shield passage through which a cooling medium is passed, and a pipe for supplying and discharging the cooling medium is provided in the refrigerant path to prevent overheating of a bracket or the like (see, for example, Patent Document 2).
近年の回転電機の小型化に伴う高密度化、構造簡素化による製造コスト削減、高効率化のための発生ロス削減のためには、簡便な構造で軸受温度を冷却することが求められる。このためには、軸受を保持しているブラケットの機内表面が高温ガスによって過熱されるのを防止することが必要となる。上記特許文献1のような従来技術では高温になった冷却ガスがブラケットの機内側表面に流れるため、ブラケットや軸受が過熱されるという問題があった。また、上記特許文献2のような従来技術ではシールド板や冷媒通路が構造的に複雑であるという問題があった。
In order to reduce the manufacturing cost by reducing the size of a rotating electrical machine in recent years, reducing the manufacturing cost by simplifying the structure, and reducing the generation loss for increasing the efficiency, it is required to cool the bearing temperature with a simple structure. For this purpose, it is necessary to prevent the in-machine surface of the bracket holding the bearing from being overheated by the high temperature gas. In the conventional technology such as the above-mentioned
この発明は、上記のような従来技術の課題を解消するためになされたもので、構造が簡単でブラケット及び軸受の冷却を効率的に行なうことができる回転電機を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide a rotating electrical machine that has a simple structure and can efficiently cool a bracket and a bearing.
この発明に係る回転電機は、固定子の周りを包囲するケーシングと、このケーシングの端部に設けられた回転子軸を支承する軸受のまわりを包囲するブラケットと、上記回転子軸に設けられ上記ケーシング内の冷却ガスを循環させるファンと、このファンによって付勢された冷却ガスを冷却するガス冷却器を備えた回転電機において、上記ブラケットの機内側に設けられ該ブラケットの機内側表面に沿う冷却ガスの風路を形成する風路形成部材と、上記ガス冷却器によって冷却された冷却ガスの一部を上記風路に導く導風部材とを備えるように構成したものである。 A rotating electrical machine according to the present invention includes a casing that surrounds a stator, a bracket that surrounds a bearing that supports a rotor shaft provided at an end of the casing, and the rotor shaft that is provided on the rotor shaft. In a rotating electrical machine having a fan for circulating a cooling gas in a casing and a gas cooler for cooling a cooling gas energized by the fan, cooling along a machine inner surface of the bracket provided on the machine inner side of the bracket An air passage forming member that forms a gas air passage and a wind guide member that guides a part of the cooling gas cooled by the gas cooler to the air passage are provided.
この発明においては、風路形成部材によって形成されたブラケットの機内側表面に沿う風路に、ガス冷却器によって冷却された冷却ガスを導風部材によって導くようにしたので、構造が簡単であり、効率的にブラケットを冷却することが可能となる。 In this invention, the cooling gas cooled by the gas cooler is guided by the air guide member to the air passage along the machine inner surface of the bracket formed by the air passage forming member, so the structure is simple, The bracket can be efficiently cooled.
実施の形態1.
図1及び図2は本発明の実施の形態1に係る回転電機の要部を説明する図であり、図1は回転電機の軸方向一端部(左側端部)を模式的に示す要部縦断面図、図2は図1の矢印A方向、すなわち回転電機の機内側から見たブラケットの上半部を模式的に示す正面図である。なお、各図を通じて同一符号は同一または相当部分を示している。図において、回転電機1は、回転子軸2の所定部に固着された磁界若しくは渦電流を発生する円柱状の回転子鉄心(図示省略)と、その回転子鉄心の周りを包囲するように配設された固定子鉄心と巻線からなる円筒状の固定子(図示省略)を備える。ケーシング(フレーム)3は、図示省略している固定子の周りを包囲するように設けられ、該ケーシング3の軸方向両端部には、回転子軸2を支承する軸受4を支持するブラケット5がそれぞれ設けられ、ケーシング3とブラケット5により上記固定子及び回転子鉄心を包囲するハウジング6が形成され、該ハウジング6によって機内Bと機外Cが分離されている。
1 and 2 are diagrams for explaining a main part of the rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a main part longitudinal section schematically showing one axial end (left end) of the rotating electrical machine. FIG. 2 is a front view schematically showing the upper half of the bracket as viewed from the direction of arrow A in FIG. Note that the same reference numerals denote the same or corresponding parts throughout the drawings. In the figure, a rotating
また、軸受4の軸方向両側部には、ブラケット5の半径方向内周部側に固定された油止め輪10a、10bが、回転子軸2の外周面に対して小間隙を介してそれぞれ包囲するように設けられており、軸受4の潤滑油の飛散を防いでいる。そして、回転子軸2の所定部には機内Bの巻線や鉄心などの発熱部材を冷却し回転子および固定子を許容温度以内に保ち、機器の信頼性を高めるための冷却ガスを循環するファン(図示省略)と、高温になった冷却ガスを冷却するためのガス冷却器(図示省略)などからなる冷却機構が設けられている。上記冷却ガスとしては、例えば冷却性能に優れた水素ガスあるいは空気などが用いられ、機内Bに密封収容されているが、ガスの種類は特に限定されるものではない。また、冷却ガスの通風路は、固定子鉄心の内部に半径方向に設け、さらに固定子鉄心のスロットに装着される固定子コイルに沿って軸方向に設けるなど、例えば公知の各種冷却方式は何れも特別な制限なく好ましく用いることができるものであるので、ファン、ガス冷却器等と共に図示省略している。
In addition,
そして、ブラケット5の機内B側には、該ブラケット5の機内側表面5aに沿う冷却ガスの風路7を形成するドーナツ板状の風導板からなる風路形成部材8と、図示省略しているガス冷却器によって冷却された冷却ガスをバイパスして上記風路7に導くパイプからなる少なくとも1つの導風部材9が設けられている。上記風路形成部材8はブラケット5の機内側表面5aから数mmから数十mmの間隔を有するように外周端部がブラケット5の機内側表面5aに固定され、該間隔部分が風路7を形成し、内周側の端部に風路7の機内Bに対する出口部7aが形成されている。導風部材9は風路形成部材8の外周部側で風路7に連通するように接続されている。上記導風部材9はブラケット5や冷却ガスの温度、通風量、圧力損失等に応じて、その太さ、形状、本数等を適宜変更することができる。
An air
また、風路形成部材8及び導風部材9には一般的な構造用圧延鋼材(SS400)やステンレス鋼等を用いることもできるが、例えばエポキシ樹脂等の断熱性の高い材料を用いることはより好ましく、銅やアルミニウム等の断熱性の低い材料の使用は避けるべきである。断熱性の高い材料により構成されたものにおいては、ブラケット5に対する機内B側の高温ガスからの熱を遮蔽し、ブラケット5の冷却性能の向上が期待できるが、断熱性の低い材料では、ガス冷却器によって冷却された冷却ガスがブラケット5の風路7に達するまでの経路で、例えば摂氏100度程度の高温雰囲気によって熱せられて温度が上昇してしまうので、冷却効率の低下を招くことになり好ましくない。
Moreover, although the general structural rolled steel (SS400), stainless steel, etc. can also be used for the air
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。回転電機1が運転されると、回転子軸2の回転に伴って図示省略しているファンが回転して機内に封入された空気や水素等の冷却ガスが付勢され、ガス冷却器により冷却された冷却ガスの大部分は発熱源である固定子および回転子より熱を奪って、固定子および回転子を冷却する。高温になった冷却ガスは、循環路に介装された図示省略しているガス冷却器に戻って熱交換して、機内Bの熱を機外Cへ放出する。熱を放出した冷却ガスは低温となり、再び機内Bを所定の順路で循環する。ガス冷却器により冷却された冷却ガスの一部は、バイパス流路である導風部材9を介して、風路形成部材8によって形成された風路7内に送給され、ブラケット5を機内B側より冷却する。なお、風路形成部材8はケーシング3内の高温ガスがブラケット5の機内側表面5aに接触しないように断熱する役目も果たしている。
Next, the operation of the first embodiment configured as described above will be described. When the rotating
このとき、ブラケット5の機内B側の高温雰囲気中の圧力をα、導風部材9内の圧力をβとすると、α<βとなるように構成されている。機内B側におけるブラケット5近傍はガス冷却器で熱交換する直前の摂氏100度程度の高温になった冷却ガスが流れるが、上記のように風路7内に送給された冷却ガスがブラケット5の機内側表面5aを冷却することでブラケット5の温度も所定温度以下に保持され、軸受4の過熱を防ぐと共に、ブラケット5の半径方向内周部側に固定された油止め輪10a、10bが、回転子軸2の外周面に接触して破損することも防止する。
At this time, when the pressure in the high-temperature atmosphere on the in-machine B side of the
上記のように、この実施の形態1によれば、風路形成部材8によってブラケット5の機内側表面5aに沿う風路7を形成し、この風路7にガス冷却器によって冷却された冷却ガスの一部を導風部材9によってバイパスして導くようにしたので、ブラケット5を効率的に冷却することができる。従って、軸受4の過熱を防ぎ、油止め輪10a、10bが、回転子軸2に接触して破損する恐れもなくなる。また、ブラケット5の機内側表面5aに風路形成部材8を近接して設け、パイプ状の導風部材9を接続するだけで構成できるので、構造が簡単で嵩張ることもなく既存の回転電機に装置することも容易であり、装置が大型化する恐れもない。さらに、機外C側にファンやフィン等を設置する必要がなく大型化せずに、軸受温度の上昇を防止し、軸受の信頼性確保と寿命延長を図ることができる。
As described above, according to the first embodiment, the air
実施の形態2.
図3は本発明の実施の形態2による回転電機の要部であるブラケット部を機内側から見たときの上半部を示す正面図である。図において、風路形成部材8は周方向に分割された複数(この例では10枚)の風導板81からなり、各風導板81に対応して複数の導風部材9が冷却機からの冷却風を各風路7にそれぞれ送給されるように設けられている。周方向に隣接する風導板81相互の間には間隙Dが形成されている。なお、ブラケット5の機内側表面5a(図示省略)と風導板81との間隔、導風部材9の構成等、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。
FIG. 3 is a front view showing the upper half of the bracket part, which is the main part of the rotating electrical machine according to the second embodiment of the present invention, when viewed from the inside of the machine. In the figure, the air
上記のように構成された実施の形態2においては、風路形成部材8が周方向に複数に分割され、分割された風導板81の内側の風路7毎に導風部材9から冷却風が送給されるので、ブラケット5の機内側表面5a全体に均一に冷却風が流れ、実施の形態1に比べてブラケット5が一層均一に冷却され、また、冷却効果を高めることも可能となる。
なお、上記隣接する風導板81の間隙Dは塞いでも良い。また、風路形成部材8を周方向に複数に分割したが、実施の形態1のような1枚の風導板からなる風路形成部材8の機内側表面5aとの対向面に放射方向の仕切り板を設け、風路を周方向に複数に分割するようにしても良く、その場合でも同様の効果が得られる。
In the second embodiment configured as described above, the air
The gap D between the adjacent
実施の形態3.
図4は本発明の実施の形態3による回転電機の要部であるブラケット部を機内側から見たときの上半部を示す正面図である。図において、風路形成部材8は、ブラケット5の機内側表面5aに蛇行して固着された複数の通風管82からなり、通風管82の内部空間が風路7を形成している。そして、複数の通風管82はブラケット5の機内側表面5aに周方向に並設されており、各通風管82の半径方向外周側の一端部にはパイプ状の導風部材9がそれぞれ接続され、通風管82の半径方向内周側の他端部82aは何れも機内側に開口されている。その他の構成は風導板の代わりに通風管を使用する点を除き、実施の形態2と同様であるので説明を省略する。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 4 is a front view showing an upper half portion of a bracket portion, which is a main part of a rotating electrical machine according to Embodiment 3 of the present invention, when viewed from the inside of the machine. In the drawing, the air
上記のように構成された実施の形態3においては、冷却ガスを通流させる通風管82が蛇行されてブラケット5の機内側表面5aに固着されているので、導風部材9から送給された冷却ガスがブラケット5に接触する時間を長くすることができ、ブラケット5からより多くの熱を奪い取ることができる。なお、この場合の通風管82の材料としては、風導板の場合と異なり、例えば銅、アルミニウム、等の熱伝導率の高い材料を用いることが好ましい。なお、通風管82を機内側表面5a上に半径方向に蛇行させたものを周方向に複数設けた場合について説明したが、必ずしもそれに限定されるものではなく、例えば通風管82を1本にすることもできるし、蛇行以外の形状で風路7の長さを伸張させても良い。例えば、機内側表面5aに渦巻状に固着し、あるいは周方向に向けて蛇行させるようにしても良い。さらに、通風管82は一般的な管径が一様な平滑管の他、例えば扁平管、蛇腹状管、その他凹凸を有する管などを用いても差し支えない。また変形例として、機内側表面5aに例えば蛇行する溝を設けて板材で蓋をし、該板材における上記溝の一端部に対応する位置に冷却風の入口となる穴を設け、他端部に対応する位置に冷却風の出口となる穴を設けることでも同様の効果が期待できる。
In the third embodiment configured as described above, the
実施の形態4.
図5は本発明の実施の形態4による回転電機の軸方向一端部(左側端部)を模式的に示す要部縦断面図である。図において、ブラケット5の機内側表面には、溝状の凹凸5bが設けられている。その他の構成は実施の形態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4においては、ブラケット5の機内側表面が凹凸5bによって形成されているので、簡易な構造で表面積が増加され、導風部材9から送給された冷却ガスが風路7を通流するときに冷却ガスとの接触面積が増え、放熱効果を一層向上させることができる。従って、大量の熱をブラケット5より奪うことができ、上記実施の形態3よりも構造が簡単であるので、製造も容易である。なお、上記凹凸5bは必ずしも溝状のものに限定されるものではなく、表面積を増加させるものであれば他の形状としても勿論差し支えない。
なお、上記実施の形態1〜4に記載された発明を適宜組み合わせる等の変形や変更が可能であることは言うまでもない。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a main part schematically showing one axial end portion (left end portion) of a rotating electrical machine according to
In the fourth embodiment configured as described above, since the machine-inside surface of the
Needless to say, the inventions described in the first to fourth embodiments can be modified or changed as appropriate.
1 回転電機、 2 回転子軸、 3 ケーシング(フレーム)、 4 軸受、 5 ブラケット、 5a 機内側表面、 5b 凹凸、 6 ハウジング、 7 風路、 7a 出口部、 8 風路形成部材、 81 風導板、 82 通風管、 9 導風部材、 10a、10b 油止め輪、 B 機内、 C 機外、 D 間隙。
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