JP2010200578A - Rotary electric machine - Google Patents
Rotary electric machine Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010200578A JP2010200578A JP2009045726A JP2009045726A JP2010200578A JP 2010200578 A JP2010200578 A JP 2010200578A JP 2009045726 A JP2009045726 A JP 2009045726A JP 2009045726 A JP2009045726 A JP 2009045726A JP 2010200578 A JP2010200578 A JP 2010200578A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- intake
- rotor
- wedge
- cooling medium
- flow path
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、タービン発電機などの回転子(ロータ)を冷却媒体で冷却する通風機構を備えた回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine including a ventilation mechanism that cools a rotor (rotor) such as a turbine generator with a cooling medium.
一般にタービン発電機などの回転電機では、固定子(ステータ)や回転子に通風流路を設け、この通風流路に冷却媒体である空気や水素を循環させて、ジュール損や鉄損などによって発熱するコイルや鉄心(コア)などを冷却する構造が知られている。回転子の冷却方式には、冷却性能が高いことから、コイルを冷却媒体と接触させて冷却する直接冷却方式が広く用いられているが、大容量化と低コスト化の両立可能な構造が要求されている。大容量化に対しては、長軸化の傾向にある。 Generally, in a rotating electrical machine such as a turbine generator, an air passage is provided in a stator (stator) or rotor, and air or hydrogen as a cooling medium is circulated through the air passage to generate heat due to Joule loss or iron loss. A structure for cooling a coil or an iron core (core) is known. Since the cooling performance of the rotor is high, a direct cooling system that cools the coil by contacting it with a cooling medium is widely used, but a structure that can achieve both large capacity and low cost is required. Has been. There is a tendency to increase the axis for large capacity.
ここで、代表的な従来構造について、図12〜16を用いて説明する。 Here, a typical conventional structure will be described with reference to FIGS.
図12は、回転電機の一例として、大容量機に用いられるギャップピックアップ冷却方式の回転子を備えたタービン発電機の概略構成を示す縦断面である。 FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a turbine generator provided with a gap pickup cooling type rotor used in a large capacity machine as an example of a rotating electric machine.
タービン発電機1は、回転子軸4に固定された回転子3及びその外側にエアギャップ9を介して配置された固定子2を備える。エアギャップ9は、固定子2の内周面と回転子3の外周面間に設けた間隙である。
The turbine generator 1 includes a
固定子2は、固定子コア12と固定子コイル14を有する。
The
回転子3は、図15に示すように、回転子コア(回転子鉄心)30と、回転子コアの各スロット31に内挿されたプレートタイプの界磁コイル(積層導体)7と、界磁コイルを固定するためにスロット31の上部の組み込まれたウエッジ19を有する。界磁コイル7とウエッジ19との間には、両者を電気的に絶縁するためのクリページブロック20が配置されている。
As shown in FIG. 15, the
界磁コイル7及びウエッジ19には、例えば空気或いは水素などの冷却媒体を流通させるための斜め流路8(8a,8b)が複数形成されている。すなわち、界磁コイル7は、斜め方向の複数の通風孔を有した導体を径方向に複数枚積層して構成され、各層導体の通風孔が連通することで、界磁コイル7内に通風流路となる斜め流路8が形成される構造となっている。
The
斜め流路8は、例えば、界磁コイル7の端面に設けた吸気孔8´から冷却媒体が流入して、ウエッジ19の外面に設けた排気孔11を介してエアギャップ9に放出される通風流路8aと、ウエッジ19(ウエッジは、図12では、図示省略され、図15に示してある)の外面に設けた吸気孔10から冷却媒体が流入してウエッジの外面に設けた排気孔11を介してエアギャップ9に放出されるV字形の通風流路8bとがある。
In the
図13は、大容量機に用いられる界磁コイル7の積層導体の概略平面図である。また、図14は、界磁コイル7の各導体を積層して形成されるV字形の通風流路の縦断面を示した図で、(a)が径方向(R方向)−周方向(Θ方向)の2次元断面図、(b)が径方向(R方向)−軸方向(Z方向)の2次元断面図である。図14(b)では、ウエッジ19の吸気孔10及び排気孔11を介して界磁コイル7の積層導体内に形成されるV字形の通風流路8bの流路形状が分かりやすいように、1流路のみを白抜きで示した。ここでは、界磁コイル7の各積層導体に通風流路8となるべき通風孔が回転子3の周方向(Θ方向)に2列になって回転子の軸方向(Z方向)に複数配列される例を示した。なお、界磁コイル7の各導体に設ける2列の通風孔8とウエッジ19に設ける吸気孔10及び排気孔11は、孔同士が接するように配置される。
FIG. 13 is a schematic plan view of the laminated conductor of the
本例では、吸気孔10のグループと排気孔11のグループとが交互になって配置されている。図14に示すように、吸気孔10及び排気孔11に対応して、各V字形通風流路8bは、一方の列の吸気孔10から他方の列の排気孔11に通じるように形成されている。
In this example, the groups of the
一方、固定子2の固定子コア(固定子鉄心)12には、回転子の吸気孔10のグループと排気孔11のグループに対応して複数の固定子冷却ダクト13が固定子コアの径方向(R方向)に設けられている。これらの固定子冷却ダクト13によって、冷却媒体6が固定子冷却ダクト13内を径方向外向きに流れるフォワードゾーン18と、逆に径方向内向きに流れるリバースゾーン17が形成される。
On the other hand, the stator core (stator core) 12 of the
回転子軸4の端部側の一部に、軸流ファン5が配置される。さらに、発電機1内には、各部位の冷却によって昇温した冷却媒体6を冷却するための主(第1)冷却器15と補助(第2)冷却器16とが内装されている。固定子2の周りを囲むように、リバースゾーン17及びフォワードゾーン18を区画する筒体34が設けられている。
An
冷却媒体(例えば水素、流れを矢印で表示)6は、軸流ファン5によってタービン発電機1の各部位に送風される。具体的には、軸流ファン5によって、冷却媒体の一部は、回転子コイル(積層導体)7の一端の吸気口8´から通風流路8aに送られる。冷却媒体6の残りは、固定子コイル14の端部を冷却した後、冷却媒体ダクト16aを介して補助冷却器15に流入する。補助冷却器16で再冷却された冷却媒体は、リバースゾーン17の各固定子冷却ダクト13に流入し、鉄心12や固定子コイル14を冷却し、エアギャップ10内に排出される。その冷却媒体6は、回転子3の外表面に設置した吸気孔10より斜め流路8(8b:通風流路)に導かれ、斜め内向きに流れて界磁コイル7を冷却する。その後、冷却媒体6は、界磁コイル7の底部で方向を変換し、通風流路8bを介して斜め外向きに流れて界磁コイル7を冷却し、排気孔11よりエアギャップ9内に排出される。エアギャップ9内に排出された冷却媒体6は、フォワードゾーン18の各固定子冷却ダクト13内に流入し、鉄心12や固定子コイル14を冷却した後、主冷却器15に流入して降温され、軸流ファン5に戻る一巡した流れを形成する。
A cooling medium (for example, hydrogen, a flow is indicated by an arrow) 6 is blown to each part of the turbine generator 1 by an
図15は、ギャップピックアップ冷却方式回転子表面の吸排気孔が隣接する部位の従来例を示す鳥瞰図である。ウエッジ19は、回転子3のスロット31内に内挿した界磁コイル7が遠心力により動くことを防止するための固定材である。回転子3の回転により、回転子3の表面には、回転子の回転と相対的に冷却媒体6の流れが回転子の周方向に生じる。回転子3の外面には、回転子3の表面上に流れる冷却媒体6を吸気孔10に導くための吸気ガイド流路21が設けられている。この吸気ガイド流路21は、ウエッジ19表面に設けた通風溝(傾斜溝)22と回転子コア30の表面に設けた通風溝(傾斜溝)23とが結合することで形成される。すなわち、吸気ガイド流路21は、回転子3内にウエッジ19が設置されたときに形成される構造である。また、吸気ガイド流路21は、ウエッジ19に設けた吸気孔10と連通される。
FIG. 15 is a bird's-eye view showing a conventional example of a portion where the intake / exhaust holes on the surface of the gap pickup cooling type rotor are adjacent to each other. The
図16は、図15におけるギャップピックアップ冷却方式回転子の吸気構造の縦断面図である。図16を用いて、ギャップピックアップによる冷却媒体6の吸気メカニズムについて説明する。
16 is a longitudinal sectional view of the air intake structure of the gap pickup cooling type rotor in FIG. The intake mechanism of the
回転子3が回転すると、エアギャップ9内には、冷却媒体6の相対的な周方向(Θ方向)流れが発生する。エアギャップ9内に生じる冷却媒体6の流れは、回転子3の回転数と径に基づく周速相当の速度を有する。その周速度は、約100〜200m/sである。
When the
従来構造では、このように速い速度を有する冷却媒体6を効率良く吸気孔10に導くために、回転子3表面に回転子周方向に向けた吸気ガイド流路21を設ける。吸気ガイド流路21の軸方向の開口幅は、図15に示すように、吸気孔10の径と同一で、周方向の流路長は、吸気孔10の径に対して約5倍の距離を有する。
In the conventional structure, in order to efficiently guide the
エアギャップ9内の冷却媒体6の周方向流れに対し、吸気ガイド流路21の最上流部より、吸気ガイド流路21を介して吸気孔10に徐々に向かう流れを形成させる。しかし、回転子3表面の周速度が速いため慣性力が強く、吸気ガイド流路21の流路長が短いと、吸気孔10に向かう流れが形成され難い。
With respect to the circumferential flow of the
その場合、回転子3内の界磁コイル7に冷却媒体6を導くことができなくなり、界磁コイル7の冷却性能が不十分となるおそれがある。従来構造では、ウエッジ19表面の通風溝22と回転子3表面の通風溝23とで吸気ガイド流路21の十分な流路長を確保している。また、通風溝22や23に径方向(R方向)内向きの傾斜を設け、徐々に径方向内向きの流れを生じさせ、冷却媒体6を安定して吸気孔10に導く構造となっている。
In that case, the cooling medium 6 cannot be guided to the
吸気孔10に導かれた冷却媒体6は、吸気孔10の下流内壁面に衝突する方向に流れ、内壁面に近づくに従い静圧が回復し、吸気孔10内には昇圧域24が発生する。すなわち、冷却媒体6の動圧が静圧に変換されることになる。そのため、吸気孔10に向かう冷却媒体6の速度が大きいほど、昇圧域24での静圧上昇も大きくなる。界磁コイル7内の冷却媒体6の流れは、吸気孔10の昇圧域24と排気孔11との圧力差によって形成される。そのため、界磁コイル7の冷却性能を向上させるためには、より多くの冷却媒体6を界磁コイル7内に導くことが重要となる。
The cooling medium 6 guided to the
従来構造では、回転子3とウエッジ19表面に設けた周方向に長い流路長を有する吸気ガイド流路21によって、エアギャップ9内の冷却媒体6を、より多く吸気孔10内に吸気させる構造となっている。
In the conventional structure, a structure in which
以上のような構造を有するギャップピックアップ冷却方式回転子によれば、エアギャップ9における冷却媒体6を界磁コイル7内に導き冷却するための吸排気構造を、軸方向に繰り返すことが可能になる。したがって、界磁コイル7の軸方向に対して同様な複数の冷却経路を実現でき、回転子3の長軸化が可能で、大容量化に対応できると言う利点がある。しかし、界磁コイル7内への冷却媒体6の流量を十分に確保するためには、回転子3表面に流路長の長い吸気ガイド流路21を設ける必要がある。そのため、ウエッジ19のみならず、回転子3表面の加工も必要となり、回転子3製作工数が多く、低コスト化が困難になるという問題があった。
According to the gap pickup cooling type rotor having the above-described structure, the intake / exhaust structure for guiding the cooling medium 6 in the
また、界磁コイル7内への冷却媒体6の吸気流量を増大させる構造として、特開平10−178754号公報に記載されたものが公知である。図17にその概略を示す。図17において、(a)が吸気部の鳥瞰図、(b)が断面図である。この従来構造では、回転子3表面の吸気孔10の下流側に突起物25を設置したことを特徴とする。本構造によれば、回転子3より突き出させた突起物25の内表面に、エアギャップ9に流れる冷却媒体6を衝突させ、冷却媒体6を吸気孔10内に導くことが可能となる。突起物25の突起高さを利用し、より多くの冷却媒体6を吸気孔10内に導くことが可能となる。そのため、回転子3の外周部に設ける通風ガイド流路を短くしても界磁コイル7を冷却するに十分な冷却媒体6の吸気流量を確保できる可能性がある。これにより、回転子3の通風溝を排除し、その製作工数を削減できる可能性がある。
Further, a structure described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-178754 is known as a structure for increasing the intake flow rate of the cooling medium 6 into the
しかし、回転子3の表面に突起物25を設置するため、固定子2内に長い回転子3を挿入する際に、固定子2内表面への突起物25の接触による機器の損傷および組み立て工数の増大を招くおそれがある。
However, in order to install the
従来構造のギャップピックアップ冷却方式回転子は、その通風構造の複雑さにより製作工数が多く、コスト高になる傾向がある。本発明は、ギャップピックアップ冷却方式回転子の冷却性能を確保しつつ、且つ、構造の簡略化を図り、製作性の向上、低コスト化を図り得るギャップピックアップ冷却方式の回転電機を提供することにある。 The gap pickup cooling type rotor having a conventional structure has a large number of manufacturing steps due to the complexity of the ventilation structure, and tends to be expensive. It is an object of the present invention to provide a gap pickup cooling type rotating electrical machine that can ensure the cooling performance of a gap pickup cooling type rotor, simplify the structure, improve the manufacturability, and reduce the cost. is there.
上記目的を達成するために、本発明は、回転子の外周部に設置するウエッジ表面部の加工のみで冷却媒体を界磁コイル内に導くための吸気ガイド流路を構成する。さらに、この吸気ガイド流路は、固定子・回転子間のエアギャップの冷却媒体の流れを基準にして、回転子の周方向における吸気孔の上流部に配置され、且つウエッジの上流側から下流側の前記吸気孔に向かってこの吸気孔に連通する。さらに、この吸気ガイド流路の回転子軸方向の流路幅が下流側より上流側に向かって広がるように変化する構造を有していることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention constitutes an intake guide flow path for guiding the cooling medium into the field coil only by processing the wedge surface portion installed on the outer peripheral portion of the rotor. Further, the intake guide flow path is arranged at the upstream portion of the intake hole in the circumferential direction of the rotor with respect to the flow of the cooling medium in the air gap between the stator and the rotor, and downstream from the upstream side of the wedge. The air intake hole communicates with the air intake hole on the side. Further, the intake guide flow path has a structure in which the flow path width in the rotor axial direction changes so as to expand from the downstream side toward the upstream side.
本発明の吸気構造を備えた回転電機のギャプピックアップ冷却方式回転子によれば、回転子表面上(エアギャップ)で流れる冷却媒体を、広い領域から集中的に吸気孔内に取り込むことができる。それにより、回転子の周方向に短い吸気ガイド流路でもあっても、界磁コイルの冷却に十分な冷却媒体の吸気流量を確保できる。よって、その吸気ガイド流路をウエッジ表面部の加工のみで構成でき、従来技術に比べて、回転子の製作工数を削減でき、低コスト化が可能となる。 According to the gap pickup cooling system rotor of the rotating electrical machine having the intake structure of the present invention, the cooling medium flowing on the rotor surface (air gap) can be intensively taken into the intake holes from a wide area. Thereby, even if the intake guide flow path is short in the circumferential direction of the rotor, a sufficient intake air flow rate of the cooling medium for cooling the field coil can be secured. Therefore, the intake guide channel can be configured only by processing the wedge surface portion, and the number of manufacturing steps of the rotor can be reduced and the cost can be reduced as compared with the prior art.
その結果、例えば、大容量の発電機に用いられるギャップピックアップ冷却方式回転子のコストを低減させるという目的を、界磁コイルの冷却性能を損なわずに実現できる。 As a result, for example, the object of reducing the cost of a gap pickup cooling type rotor used in a large-capacity generator can be realized without impairing the cooling performance of the field coil.
本発明の実施例1について、図1〜図4を用いて説明する。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、実施例1のギャップピックアップ冷却方式回転子の吸排気部及び吸気ガイド流路構造を示す一部拡大の鳥瞰図である。図2(a)は、その吸気構造のウエッジ部における断面図、図2(b)は、その吸気構造をウエッジ上面からみた部分上面図である。図3は、本発明の実施例1を適用する界磁コイルの積層導体の概略平面図である。また、図4は、界磁コイルの各導体を積層して形成される通風流路の2次元断面を示した図で、(a)が径方向(R方向)−周方向(Θ方向)の2次元断面図、(b)が径方向(R方向)−軸方向(Z方向)の2次元断面図である。図4(b)では、ウエッジ19の吸気孔10及び排気孔11を介して界磁コイル7の積層導体内に形成される通風流路8の流路形状が分かりやすいように、1流路のみを白抜きで示した。ここでは、界磁コイルの各積層導体に通風流路となるべき通風孔が回転子の周方向(Θ方向)に1列になって回転子の軸方向(Z方向)に複数配列される例を示した。
FIG. 1 is a partially enlarged bird's-eye view showing an intake / exhaust portion and an intake guide channel structure of a gap pickup cooling type rotor according to a first embodiment. 2A is a sectional view of the wedge portion of the intake structure, and FIG. 2B is a partial top view of the intake structure as viewed from the upper surface of the wedge. FIG. 3 is a schematic plan view of a laminated conductor of a field coil to which the first embodiment of the present invention is applied. FIG. 4 is a diagram showing a two-dimensional cross section of the ventilation channel formed by laminating the conductors of the field coil. FIG. 4A shows the radial direction (R direction) -circumferential direction (Θ direction). A two-dimensional cross-sectional view, (b) is a two-dimensional cross-sectional view in the radial direction (R direction) -axial direction (Z direction). In FIG. 4B, only one flow path is shown so that the flow path shape of the
本発明の実施例1は、回転子3内の通風流路8が、径方向一様に形成されるラジアルフロー冷却方式の回転電機に適用した例である。
The first embodiment of the present invention is an example applied to a radial flow cooling type rotating electrical machine in which the
本実施例におけるウエッジ19の外表面に設ける吸気孔10及び排気孔11は、互いに一つ置きで交互に配列されている。
In the present embodiment, the intake holes 10 and the exhaust holes 11 provided on the outer surface of the
さらに、吸気ガイド流路26の構成が、従来技術とは次のように相違する。
Further, the configuration of the
吸気ガイド流路26は、回転子3表面近傍の冷却媒体6を吸気孔10に導くために、ウエッジ19の外表面に回転子の周方向に向けて設けられている。
The
まず、吸気ガイド流路26は、ウエッジ19において、エアギャップを流れる冷却媒体6の回転子周方向の流れを基準にして、回転子3のスロット31壁と接する上流端側より吸気孔10に向かうにしたがい、その溝深さが変化する。すなわち、吸気ガイド流路26は、上流側より下流側に向かうにつれて、回転子3の径方向(R方向)内向きに傾斜を有するスロープ構造になっている。また、吸気ガイド流路26は、その上流端側より吸気孔10に向かうにしたがい、回転子軸方向(Z方向)の流路幅が徐々に変化する。
First, the
具体的には、ウエッジ19の上流側(回転子3と接触する側)ほど吸気孔10の径より広く、下流側(吸気孔10側)に向かうほど吸気孔10の径に合わせて狭くなり、最下流部で吸気孔10と連通する構造となっている。
Specifically, the upstream side of the wedge 19 (the side in contact with the rotor 3) is wider than the diameter of the
図2(b)において、吸気ガイド流路26の上流端および下流端での流路幅(回転子の軸方向の幅)を、それぞれW1、W2で定義した。ここでは、上流端側の幅W1を取り得る最大とし、下流端側の幅W2を吸気孔10の径と同一とし、上流から下流に向かうほど流路幅が連続的に狭くなる構造を示したが、段階的に変化する構造も考えられる。ここで、上流端側の幅W1を取り得る最大について、図5を参照して説明する。
In FIG. 2B, the flow path widths (widths in the axial direction of the rotor) at the upstream end and the downstream end of the intake
図5は、図2(b)同様に、吸気構造をウエッジ上面からみた上面図であり、ウエッジの長さ方向の範囲を、図2(b)よりも広げて見た図である。 FIG. 5 is a top view of the intake structure as seen from the upper surface of the wedge, as in FIG. 2B, and is a view in which the range in the length direction of the wedge is expanded as compared with FIG. 2B.
本実施例のように吸気孔10及び排気孔11を交互に配置した場合には、図5に示すように、吸気ガイド流路26の上流端幅W1の取り得る最大は、吸気孔10と排気孔11のピッチをWPとした場合に、2WPとなる。このようにW1=2WP或いはW1≒2WP(ただしW1<2WP)のように設定した場合には、吸気孔10をウエッジ19の幅W3(回転子の周方向の幅)の中心に配置しても、吸気ガイド流路26の吸気ガイド壁26´の長さL1をウエッジ19内に充分に確保することができる(W3/2≪W1)。W1は、好ましくは、WP<W1≦2WPである。また、吸気ガイド壁26´の傾斜角αは、一例を挙げるとα=15〜30度程度が望ましい。
When the intake holes 10 and the exhaust holes 11 are alternately arranged as in the present embodiment, as shown in FIG. 5, the maximum possible upstream end width W1 of the
本発明の吸気構造を備えた回転子3が回転すると、従来構造と同様にエアギャップ内に相対的な冷却媒体6の周方向(Θ方向)流れが生じる。エアギャップ9内の冷却媒体6は、吸気ガイド流路26を介して、ウエッジ19に設けた吸気孔10に導かれ、回転子3内の界磁コイル7へと流通する。
When the
本発明の構造によれば、吸気ガイド流路26の流路幅が回転子鉄心のスロット31の壁面と接触する上流端側でワイドに展開するため、回転子3表面近傍の冷却媒体6を広領域から吸気ガイド流路26に取り込むことができる。そのため、吸気ガイド流路26の周方向の流路距離が短くても、界磁コイル7の冷却に十分な冷却媒体6の流量を確保できる。また、吸気ガイド流路26は、下流側の吸気孔10に向かうほど径方向(R方向)内向きの傾斜を有し、軸方向の流路幅も吸気孔10の径に合わせて変化させた構造であるため、冷却媒体6を吸気ガイド流路26に導いた後、吸気孔10に集中する流れを形成できる。すなわち、回転子3表面近傍の広領域から取り込んだ冷却媒体6を効率良く吸気孔10に導くことがでる構造である。
According to the structure of the present invention, since the flow path width of the intake
以上のように本発明の実施例1によれば、吸気ガイド流路25の径方向流路長が短くても回転子3内の界磁コイル7を冷却するに十分な冷却媒体6の流量を確保できる。そのため、吸気ガイド流路26をウエッジ19のみの加工で構成でき、回転子3の製作工数を削減できる。これにより、回転子3のコスト低減の効果が期待できる。また、本構造で示した吸排気構造を軸方向に繰り返すことで発電機の長軸化にも容易に対応でき、大容量化にも適用できる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, the flow rate of the cooling medium 6 sufficient to cool the
ちなみに、図15の従来構造においては、通風流路8内の断面平均流速は、代表的な1例を挙げれば15〜25m/sであるのに対して、本実施例では、同等以上を確保できる。
Incidentally, in the conventional structure of FIG. 15, the average cross-sectional flow velocity in the
本発明の実施例2について、図6及び図7を用いて説明する。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図7(a)はその吸気構造のウエッジ部における断面図、図7(b)は、その吸気構造をウエッジ上面からみた部分上面図である。 FIG. 7A is a sectional view of the wedge portion of the intake structure, and FIG. 7B is a partial top view of the intake structure as viewed from the upper surface of the wedge.
実施例2の構造は、吸気孔10の設置位置を、回転子の周方向(Θ方向)の下流端側に設けた点が、実施例1との相違点である。ウエッジ19内に設ける吸気孔10を周方向の下流端から中心位置に向けて貫通させて構成する場合、吸気孔10が径方向(R方向)内周部に向かうに従い傾斜を有する構造となる。ウエッジ19内の吸気孔10は、ドリルを用いた加工であるため、傾斜を有した構造でも製作性が困難になることや製作工数が増えることは無い。また、実施例1に比べて、吸気ガイド流路26から吸気孔10での冷却媒体6の曲りが大きくなり、流動抵抗が増大し、冷却媒体6の吸気流量減少が懸念される可能性がある。しかし、吸気孔10から排気孔11までの一連の通風流路内において、流動抵抗が支配的となる部位が他にあるため、その影響は小さい。流動抵抗が支配的なのは、例えば、通風流路の流路形状が大幅に変化する吸気孔10と界磁コイル7内の通風路8との接続部(図4参照)などである。
The structure of the second embodiment is different from the first embodiment in that the installation position of the
本発明の実施例2は、ウエッジ19の吸気孔10の設置位置を、回転子の周方向に対し、より下流側に設けることで、吸気ガイド流路26の流路長ΔL及びガイド壁長L1を実施例1に比べて長く確保できる構造を実現した。吸気ガイド流路26の周方向の流路長を実施例1よりも長くできるため、回転子3の表面近傍を周方向に流れる冷却媒体6を吸気ガイド流路26内に導く流れを形成しやすくなり、実施例1に比べて冷却媒体6の吸気流量を増大させることができ、界磁コイル7の冷却性能がさらに向上する。
In the second embodiment of the present invention, the installation position of the
図7は、本発明の実施例2の変形例である吸気部構造の鳥瞰図である。27は吸気ガイド流路26の最下流部に設けた切り欠き(開口部)であり、この点が前記した実施例2との相違点である。吸気ガイド流路26の切り欠き27によって、ウエッジ19を回転子3に固定した際に、その部位には、回転子3内のスロット31の内壁面が表われる。本実施例の構造によれば、吸気ガイド流路26内に導かれた冷却媒体6は、切り欠き27との接触部である回転子3のスロット内壁面に衝突し、その後、吸気孔10内に導かれることになる。すなわち、冷却媒体6を回転子3のスロット内壁面に衝突させ、冷却媒体6を吸気孔10に取り込む構造であり、これは、吸気孔10の下流側に突起物を設置した構造と等価の効果を得ることができる。
FIG. 7 is a bird's-eye view of an intake portion structure that is a modification of the second embodiment of the present invention.
本実施例によれば、ウエッジ19の吸気孔10との接触部位を気にすることなく吸気ガイド流路26を加工できるため、その製作性がさらに向上する。
According to the present embodiment, since the
図8は、本実施例の変形例を示すウエッジの一部上面図である。 FIG. 8 is a partial top view of the wedge showing a modification of the present embodiment.
本実施例では、吸気ガイド流路26の上流端の流路幅W1(コイルスロットと接する位置)を、エアギャップの軸流の方向に合わせて、回転子軸方向の片側のみを長くし、他方は吸気孔10の回転子軸方向の径一端の位置と一致させたものである。吸気孔10の半径をR/2とし、吸気孔10と排気孔11間のピッチをWpとした場合、上流端流路幅W1は、Wp+R/2或いはその近辺値となる。本実施例によれば、既述した実施例1、2同様の効果を期待できるほかに、隣合う排気孔11との干渉も極力緩和させることができる。
In this embodiment, the flow path width W1 (position in contact with the coil slot) at the upstream end of the intake
本発明の実施例3について、図9及び図10を用いて説明する。 A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図9は、実施例3の吸気部構造の鳥瞰図である。本実施例の吸気ガイド流路28も、今まで述べた吸気ガイド流路26同様に、回転子3表面近傍の冷却媒体6を吸気孔10に導くためにウエッジ19表面にのみ設けられている。実施例3の吸気ガイド流路28は、回転子3と接するウエッジ19上流端側より吸気孔10に向かって溝深さ(流路深さ)が一定、すなわち平坦であることが実施例1との相違点である。そのため、本実施例の構造では、回転子3にウエッジ19を固定した際に、吸気ガイド流路28の最上流部と回転子3との接触部において、吸気ガイド流路28の溝深さに相当する段差ΔHが形成される。この段差が、回転子3の表面を流れる冷却媒体6を吸気ガイド流路28に導く流れの形成を阻害する恐れがある。しかし、本発明の構造では、吸気ガイド流路28の上流側で軸方向の流路幅が広く、回転子3の表面を流れる冷却媒体6を広領域から取り込むことができるため、段差ΔHによる冷却媒体6の吸気流量低減への影響は小さいと考えられる。
FIG. 9 is a bird's-eye view of the air intake structure of the third embodiment. The
本発明によれば、ウエッジ19に設ける吸気ガイド流路28の構造が単純化され、その製作性が大幅に向上できる。
According to the present invention, the structure of the
図10は、本発明の実施例3の変形例である吸気構造の鳥瞰図である。本例では、回転子3の回転子コア30における吸気ガイド流路28上流端との境界付近に切削面(傾斜面)29を設けたものであり、この点が前記した実施例3との相違点である。本構造によれば、回転子3にウエッジ19を固定した際に、回転子3に設けた傾斜面29によって、実施例3で形成された吸気ガイド流路28の最上流部と回転子3との接触部の段差を回避できる。
FIG. 10 is a bird's-eye view of an intake structure that is a modification of the third embodiment of the present invention. In this example, a cutting surface (inclined surface) 29 is provided in the vicinity of the boundary between the
本発明によれば、回転子3に切削面29を設けるための製作工数が必要となるが、簡単な加工で対応できるため、それによるコスト増大は抑制できる。簡単な加工のみで吸気孔10への冷却媒体6の吸気流量を確保できる。
According to the present invention, the number of manufacturing steps for providing the cutting
本発明の実施例4について、図11を用いて説明する。 A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図11は、実施例4の吸排気部構造の断面図である。32はウエッジ19の軸方向に吸気孔10を所定間隔で複数個配置させて構成した吸気ゾーン(吸気孔グループ)、33はウエッジ19の軸方向に排気孔11を所定間隔で複数個配置させて構成した排気ゾーン(排気グループ)である。本発明の実施例4は、従来技術に示したような、ウエッジ19の吸気孔10や排気孔11が、軸方向に複数個づつ配置される回転電機に適用した例である。
FIG. 11 is a cross-sectional view of the intake / exhaust portion structure of the fourth embodiment.
このように吸気孔10や排気孔11を軸方向に複数個づつ配置されている本実施例においては、複数個の吸気孔10は、軸方向に間隔Wpを有して配置される。この場合、吸気ガイド流路26の最上流部の流路幅W1は、最大でも吸気孔10の配置間隔Wpとなる。すなわち、吸気孔10を軸方向に連続して複数個配置する場合、吸気ガイド流路26における最上流部の流路幅W1の最大取り得る流路幅はW1=Wpとなる。吸気孔10の最大流路幅W1は、配置間隔Wpと同等もしくはそれ以下とし、下流側(吸気孔10側)に向かうほど吸気孔10の径に合わせて流路幅が狭まるように変化させ、最下流部で吸気孔10と連通する構造となる。流路幅W1の好ましい範囲は、WP/2<W1≦Wpである。
In this embodiment in which a plurality of intake holes 10 and
さらに、本実施例によれば、図11に示す吸気ゾーン32及び排気ゾーン33を形成することにより、固定子側の通風流路の流れが径方向内向きとなるリバースゾーンと、径方向外向きとなるフォワードゾーンを有する固定子に対し、リバースゾーンと回転子3の吸気ゾーン32を、フォワードゾーンと排気ゾーン33をそれぞれ対応させた流路構造を構成することができる。ウエッジ19に設ける吸気孔10や排気孔11の配置個数は、固定子のリバースゾーンやフォワードゾーンの軸方向長さに合わせて、任意に選定すれば良い。
本発明によれば、タービン発電機全体として、流動抵抗の少ない冷却媒体6の循環パターンを形成でき、内部を循環させる冷却媒体6の流量を確保でき、固定子など他部位の冷却性能の向上にも寄与できる。
Furthermore, according to the present embodiment, by forming the
According to the present invention, as a whole turbine generator, a circulation pattern of the cooling medium 6 with low flow resistance can be formed, the flow rate of the cooling medium 6 circulating inside can be secured, and the cooling performance of other parts such as a stator can be improved. Can also contribute.
固定子と回転子を備えた回転電機であれば、タービン発電機に限らず、回転子を本発明の吸気構造とすることにより、長軸化による大容量化と低コスト化を実現できる。 If it is a rotary electric machine provided with the stator and the rotor, not only a turbine generator but the rotor is made into the air intake structure of the present invention, it is possible to realize a large capacity and cost reduction by increasing the length of the shaft.
1…タービン発電機、2…固定子(ステータ)、3…回転子(ロータ)、4…回転子軸(シャフト)、5…軸流ファン、6…冷却媒体、7…界磁コイル、8…斜め流路(通風流路)、9…エアギャップ、10…吸気孔、11…排気孔、12…鉄心(コア)、13…固定子冷却ダクト、14…固定子コイル、15…主冷却器、16…補助冷却器、17…リバースゾーン、18…フォワードゾーン、19…ウエッジ、26…吸気ガイド流路、27…切り欠き、28…吸気ガイド流路、29…切削面、30…回転子コア、31…スロット、32…吸気ゾーン、33…排気ゾーン、34…筒体。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Turbine generator, 2 ... Stator (stator), 3 ... Rotor (rotor), 4 ... Rotor shaft (shaft), 5 ... Axial fan, 6 ... Cooling medium, 7 ... Field coil, 8 ... Oblique flow path (ventilation flow path), 9 ... air gap, 10 ... intake hole, 11 ... exhaust hole, 12 ... iron core (core), 13 ... stator cooling duct, 14 ... stator coil, 15 ... main cooler, DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記回転子の外周側にエアギャップを介して配置され、内部に冷却媒体が流通する固定子側の通風流路を有する固定子と、
前記界磁コイルを固定するために回転子の外周部に装着されるウエッジと、
前記界磁コイル内の前記回転子側の通風流路に連通するように前記ウエッジに配設された吸気孔及び排気孔と、を備え、前記エアギャップ内の前記冷却媒体を前記ウエッジの吸気孔より前記界磁コイル内に導き、前記ウエッジの排気孔より前記エアギャップ内に放出させる流れを形成して前記界磁コイルを冷却する回転電機において、
前記ウエッジの外表面には、前記エアギャップ内で前記回転子の回転に対して相対的に流れる冷却媒体を前記吸気孔に導く吸気ガイド流路が形成され、
この吸気ガイド流路は、前記エアギャップの冷却媒体の流れを基準にして、前記回転子の周方向における前記吸気孔の上流部に配置され、且つ前記ウエッジの上流側から下流側の前記吸気孔に向かってこの吸気孔に連通し、この吸気ガイド流路の回転子軸方向の流路幅が下流側より上流側に向かって広がるように変化する構造を有していることを特徴とする回転電機。 A rotor equipped with a field coil having a ventilation passage on the rotor side through which the cooling medium flows;
A stator that is disposed on the outer peripheral side of the rotor via an air gap, and has a stator-side ventilation channel through which a cooling medium flows;
A wedge mounted on the outer periphery of the rotor to fix the field coil;
An intake hole and an exhaust hole disposed in the wedge so as to communicate with the rotor-side ventilation channel in the field coil, and the cooling medium in the air gap is used as the intake hole of the wedge In the rotating electrical machine that cools the field coil by forming a flow that is guided into the field coil and discharged from the exhaust hole of the wedge into the air gap,
An intake guide channel is formed on the outer surface of the wedge to guide the cooling medium flowing relative to the rotation of the rotor in the air gap to the intake hole.
The intake guide flow path is disposed at the upstream portion of the intake hole in the circumferential direction of the rotor with respect to the flow of the cooling medium in the air gap, and the intake hole from the upstream side to the downstream side of the wedge Rotation characterized by having a structure in which the passage width in the rotor axial direction of the intake guide passage changes so as to expand from the downstream side toward the upstream side. Electric.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009045726A JP2010200578A (en) | 2009-02-27 | 2009-02-27 | Rotary electric machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009045726A JP2010200578A (en) | 2009-02-27 | 2009-02-27 | Rotary electric machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010200578A true JP2010200578A (en) | 2010-09-09 |
Family
ID=42824687
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009045726A Pending JP2010200578A (en) | 2009-02-27 | 2009-02-27 | Rotary electric machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010200578A (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102593991A (en) * | 2012-03-12 | 2012-07-18 | 无锡欧瑞京机电有限公司 | Connecting structure of cast-aluminum rotor ventilating channel |
AT12977U1 (en) * | 2011-06-10 | 2013-03-15 | Seewald Hansjoerg Ing | CLOSING WEDGE |
CN104871408A (en) * | 2012-12-19 | 2015-08-26 | 三菱电机株式会社 | Rotating electrical machine |
US20160020673A1 (en) * | 2014-07-18 | 2016-01-21 | Hamilton Sundstrand Corporation | Rotor cooling |
KR101680101B1 (en) * | 2015-03-20 | 2016-11-29 | 한국에너지기술연구원 | generator of turbo-compound system with Air path for improving cooling of rotor |
JPWO2016059700A1 (en) * | 2014-10-16 | 2017-04-27 | 三菱電機株式会社 | Rotating electric machine |
WO2019220779A1 (en) * | 2018-05-14 | 2019-11-21 | 三菱電機株式会社 | Rotor and rotating electrical machine |
-
2009
- 2009-02-27 JP JP2009045726A patent/JP2010200578A/en active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AT12977U1 (en) * | 2011-06-10 | 2013-03-15 | Seewald Hansjoerg Ing | CLOSING WEDGE |
WO2012167299A3 (en) * | 2011-06-10 | 2013-07-18 | Seewald Hansjoerg | Locking key |
CN102593991A (en) * | 2012-03-12 | 2012-07-18 | 无锡欧瑞京机电有限公司 | Connecting structure of cast-aluminum rotor ventilating channel |
CN104871408A (en) * | 2012-12-19 | 2015-08-26 | 三菱电机株式会社 | Rotating electrical machine |
CN104871408B (en) * | 2012-12-19 | 2017-05-10 | 三菱电机株式会社 | Rotating electrical machine |
US20160020673A1 (en) * | 2014-07-18 | 2016-01-21 | Hamilton Sundstrand Corporation | Rotor cooling |
JPWO2016059700A1 (en) * | 2014-10-16 | 2017-04-27 | 三菱電機株式会社 | Rotating electric machine |
KR101680101B1 (en) * | 2015-03-20 | 2016-11-29 | 한국에너지기술연구원 | generator of turbo-compound system with Air path for improving cooling of rotor |
WO2019220779A1 (en) * | 2018-05-14 | 2019-11-21 | 三菱電機株式会社 | Rotor and rotating electrical machine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2010200578A (en) | Rotary electric machine | |
JP4486114B2 (en) | Rotating electric machine | |
JP4682893B2 (en) | Rotating electric machine rotor | |
JP4417970B2 (en) | Rotating electric machine and rotating electric machine rotor | |
JP3721361B2 (en) | Improved cooling of generator coil ends | |
JP2010104225A (en) | Heat transfer enhancement of dynamoelectric machine rotor | |
CN101490931B (en) | Cooling arrangement for an electrical machine | |
US7342345B2 (en) | Paddled rotor spaceblocks | |
EP3136550A1 (en) | Rotor assembly having improved cooling path | |
US7541714B2 (en) | Streamlined body wedge blocks and method for enhanced cooling of generator rotor | |
US8049379B2 (en) | Dynamoelectric machine rotors having enhanced heat transfer and method therefor | |
KR101426622B1 (en) | Rotor Structure of Electric Rotating Machine | |
JP2009124806A (en) | Rotating electrical machine | |
US7816825B2 (en) | Heat transfer enhancement of ventilation chimneys for dynamoelectric machine rotors | |
JP2006074866A (en) | Dynamo-electric machine | |
JP2021065072A (en) | Rotor of rotating electric machine | |
JP2010104202A (en) | Rotor of rotating electrical machine | |
CN111953107A (en) | Stator of rotating electric machine | |
JP2019022257A (en) | Rotary electric machine | |
US20090295239A1 (en) | Heat transfer enhancement of ventilation chimneys for dynamoelectric machine rotors | |
JP2018026925A (en) | Rotary electric machine | |
JP2003189543A (en) | Rotor of dynamo-electric machine | |
WO2019220779A1 (en) | Rotor and rotating electrical machine | |
JP6612102B2 (en) | Rotating electric machine | |
CN117296228A (en) | Air duct assembly for a rotor, associated rotor and motor |