JP3574221B2 - 回転電機の回転子 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
この発明は、タービン発電機等に用いられる回転電機の回転子に関し、特にその通風冷却性能の改善に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図13は例えば特開平4−351439号公報に示されたものと同様の従来の回転電気の回転子のスロット部分を示す切欠斜視図である。図13において、円筒状の回転子鉄心1の外周には、それぞれ軸方向へ延びる歯部1a及びスロット2が周方向に交互に設けられている。スロット2には、回転子コイル3が挿入されている。回転子コイル3は、ターン毎に絶縁されている。また、回転子コイル3には、軸方向へ延びる軸方向冷媒通路3aが設けられている。矢印Aは、軸方向冷媒通路3a内の冷媒ガスの流れを示している。
【0003】
スロット2内の回転子コイル3の外側には、絶縁物(詰め物)4を介して楔5が挿入されている。この楔5により、回転子コイル3の直線部は、スロット2内に固定されている。楔5の中央部には、回転子鉄心1の半径方向に延び、回転子コイル3内を流れた冷媒ガスを排気する複数の楔排気孔5aが設けられている。回転子コイル3と回転子鉄心1との間には、絶縁シート6が介在している。楔5及び歯部1aは、回転子の回転時に働く遠心力に対して、回転子コイル3がスロット2から出るのを防止する働きを有している。
【0004】
図14は図13の要部断面図である。回転子コイル3及び絶縁物4には、それぞれ冷媒ガスを楔排気孔5aに導く半径方向冷媒通路3b,4aが設けられている。
【0005】
次に、動作について説明する。回転子が高速で回転すると、その外周表面に沿って、反回転方向へ流れる高速ガス流(図14の矢印B)が発生する。また、軸方向冷媒通路3aを流れて回転子コイル3を冷却した冷媒ガスは、半径方向冷媒通路3b,4aを通り、楔排気孔5aから図14の矢印Cのように回転子外へ排出される。図14の矢印B,Cは、回転子に固定した座標系から見た場合の高速ガス流及び冷媒ガスの流れを示している。これらのガス流B,Cは、回転子の外周表面で合流する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように構成された従来の回転電機の回転子においては、高速回転時に生じる高速ガス流Bにより、楔排気孔5aから排出される冷媒ガスの流れCが妨げられるため、楔排気孔5aの出口での通風抵抗が回転子の静止時の約3倍に増加してしまう。従って、回転子コイル3の温度を一定基準以下に保つためには、差圧の大きな通風ファンを採用する必要がある。このように、差圧の大きな通風ファンを採用すると、ファン動力損が大きくなるため、回転電機の運転効率が低下してしまうという問題点があった。
【0007】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、楔排気孔の出口における冷媒ガスの圧力損失を低減することができ、これにより回転子コイルに対する冷却性能を向上させることができるとともに、冷媒ガスを流すためのファン動力損を低減して、回転子の運転効率を向上させることができる回転電機の回転子を得ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明に係る回転電機の回転子は、回転により外周表面に沿って生じる高速ガス流に対して半径方向外向きの速度成分を持たせるV字形溝を、楔排気孔の開口部の高速ガス流上流側に設け、楔排気孔からの排気流を高速ガス流方向に導くように半径方向に対して傾斜した傾斜面を、楔排気孔の高速ガス流下流側に設けたものである。
【0009】
請求項2の発明に係る回転電機の回転子は、回転により外周表面に沿って生じる高速ガス流に対して半径方向外向きの速度成分を持たせる突出部を、楔排気孔の開口部の高速ガス流上流側に設け、楔排気孔からの排気流を高速ガス流方向に導くように半径方向に対して傾斜した傾斜面を、楔排気孔の高速ガス流下流側に設けたものである。
【0010】
請求項3の発明に係る回転電機の回転子は、V字形溝を楔の外周表面のみに設けたものである。
【0011】
請求項4の発明に係る回転電機の回転子は、楔の外周表面を断面V字形に切り欠くことにより傾斜面を形成したものである。
【0012】
請求項5の発明に係る回転電機の回転子は、回転子鉄心のスロット壁部に、傾斜面に連続した面取り部を設けたものである。
【0013】
請求項6の発明に係る回転電機の回転子は、回転子鉄心の半径方向に延びる楔排気孔の内壁面と傾斜面との間の稜部を断面円弧状としたものである。
【0014】
【作用】
請求項1の発明においては、楔排気孔より上流側のV字形溝で高速ガス流に半径方向外向きの成分を加え、かつ楔排気孔から排出される冷媒ガスの排気流を傾斜面で高速ガス流方向へ導くことにより、高速ガス流と排気流との合流角度を小さくし、楔排気孔の出口における冷媒ガスの圧力損失を低減する。
【0015】
請求項2の発明においては、楔排気孔より上流側の突出部で高速ガス流に半径方向外向きの成分を加え、かつ楔排気孔から排出される冷媒ガスの排気流を傾斜面で高速ガス流方向へ導くことにより、高速ガス流と排気流との合流角度を小さくし、楔排気孔の出口における冷媒ガスの圧力損失を低減する。
【0016】
請求項3の発明においては、V字形溝を楔の外周表面のみに設けることにより、回転子鉄心の加工を省略でき、製造が容易になる。
【0017】
請求項4の発明においては、楔の外周表面をV字形に切り欠いて傾斜面を形成することで、複数の楔排気孔が並んでいる場合に、各楔排気孔毎に傾斜面を形成する手間が省ける。
【0018】
請求項5の発明においては、スロット壁部に傾斜面に連続した面取りを施すことにより、高速ガス流と冷媒ガスの排気流との合流角度をさらに小さくすることができ、楔排気孔の出口における冷媒ガスの圧力損失をより一層低減することができる。
【0019】
請求項6の発明においては、楔排気孔の内壁面と傾斜面との間の稜部を断面円弧状とすることで、冷媒ガスの排気流の角度をスムーズに変更することができる。
【0020】
【実施例】
以下、この発明の実施例を図について説明する。
実施例1.
図1はこの発明の実施例1による回転電機の回転子の冷媒ガス排気部を示す断面図、図2は図1の平面図であり、図13及び図14と同一又は相当部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0021】
回転子が高速で回転すると、回転子の外周表面に沿って流れる高速ガス流が生じる。楔排気孔5aの開口部の高速ガス流上流側には、回転子の軸方向に延びる断面V字形のV字形溝11が設けられている。V字形溝11は、歯部1a及び楔26に設けられた面取り11a,11bにより構成されている。また、楔排気孔5aの高速ガス流下流側には、回転子の半径方向に対して傾斜した傾斜面(切欠面)12が設けられている。
【0022】
このような回転子では、矢印Bのように流れる高速ガス流が、V字形溝11により半径方向外向きの成分を持ち、楔排気孔5aの開口部でほぼ矢印Dのように流れる。また、楔排気孔5aから排気される冷媒ガスは、回転子のポンプ作用により常に一定量が流れており、傾斜面12を設けたことにより、矢印Eのように傾斜面12とほぼ平行に曲げられて流れ易くなる。
【0023】
従って、高速ガス流と排気流との合流角度が小さくなり、楔排気孔5aの出口の通風抵抗が従来に比べて格段に小さくなり、解析によると従来形状の約1/3程度にまで小さくなる。この結果、楔排気孔5aの出口における冷媒ガスの圧力損失が低減され、回転子コイル3を冷却する冷媒ガスの通風量が増加し、通電時の回転子コイル3の温度をさらに低下させることができるとともに、ファン動力損が低減されて回転子の運転効率が向上する。
【0024】
実施例2.
なお、上記実施例1では高速ガス流に半径方向成分を持たせる手段として、V字形溝11を示したが、図3及び図4に示すように、歯部1aの外周面よりも半径方向外側に突出した山形の突出部13を、楔5の外周表面で楔排気孔5aよりも高速ガス上流側に設けてもよい。これにより、高速ガス流は、より確実に半径方向成分を持ち、図の矢印Fのように流れ、実施例1と同様の効果が得られる。また、この例では、歯部1aの面取りを省略することができるため、歯部1aの加工時間が短縮される。
【0025】
実施例3.
また、図5及び図6はこの発明の実施例3を示しており、この実施例3では、楔5の外周表面のみにV字形溝14が形成されている。このV字形溝14により、高速ガス流は、矢印Gに示すように半径方向外向きの成分を持つ。上記実施例2では、突出部13が突出しているため、回転子組立の際、胴部を支えて回転させると回転子の荷重により楔5以下の回転子内容物が損傷する可能性があり、回転子の取り扱いに特別な注意を払う必要があるが、この実施例3では突出部がないため、組立時の回転子取り扱いを従来例と同等にすることができる。また、上記実施例2と同様、歯部1aの面取りを省略することができるため、歯部1aの加工時間が短縮される。
【0026】
実施例4.
さらに、図7及び図8はこの発明の実施例4を示しており、この実施例4では、楔5の外周表面を断面V字形に切り欠くことにより傾斜面15が形成されている。上記実施例1〜3では、楔排気孔5a毎に傾斜面12が形成されているが、この実施例4では、複数の楔排気孔5aが軸方向に並んでいる場合に、一度の切欠加工で全ての楔排気孔5aに対応する傾斜面15を形成でき、製造が容易になる。また、この実施例4の傾斜面15は、上記実施例2,3と組み合わせることも可能である。
【0027】
実施例5.
さらにまた、図9及び図10はこの発明の実施例5を示しており、この実施例5では、スロット2の壁部の外周側端部、即ち歯部1aのコーナー部に、傾斜面16に連続した面取り部17を設けたものである。これら傾斜面16及び面取り部17により、冷媒ガスは、矢印Hのように排気される。この構成により、高速ガス流と冷媒ガスの排気流との合流角度がさらに小さくなるとともに、楔排気孔5aの開口面積が大きくなり、楔排気孔5aの出口における冷媒ガスの圧力損失がより一層低減される。さらに、この実施例5は、上記実施例2,3と組み合わせることもできる。
【0028】
実施例6.
また、図11及び図12はこの発明の実施例6を示しており、この実施例6では、回転子鉄心1の半径方向に延びる楔排気孔5aの内壁面と、傾斜面12との間の稜部18が滑らかな断面円弧状になっている。この構成により、冷媒ガスの排気流の角度をスムーズに変更することができ、高速ガス流と冷媒ガスの排気流との合流抵抗を上記実施例1に比べて小さくすることが可能である。また、この実施例6は、上記実施例2〜5と組み合わせることもできる。
【0029】
なお、V字形溝の断面形状は変更が可能であり、高速ガス流に半径方向成分を持たせることができれば、底部をある程度円弧状にしてもよい。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1の発明の回転電機の回転子は、高速ガス流に対して半径方向外向きの速度成分を持たせるV字形溝を、楔排気孔の開口部の高速ガス流上流側に設け、楔排気孔からの排気流を高速ガス流方向に導くように半径方向に対して傾斜した傾斜面を、楔排気孔の高速ガス流下流側に設けたので、高速ガス流と排気流との合流角度を小さくし、楔排気孔の出口における冷媒ガスの圧力損失を低減することができ、これにより通電時の回転子コイルに対する冷却性能を向上させることができるとともに、冷媒ガスを流すためのファン動力損を低減して、回転子の運転効率を向上させることができるなどの効果を奏する。
【0031】
請求項2の発明の回転電機の回転子は、高速ガス流に対して半径方向外向きの速度成分を持たせる突出部を、楔排気孔の開口部の高速ガス流上流側に設け、楔排気孔からの排気流を高速ガス流方向に導くように半径方向に対して傾斜した傾斜面を、楔排気孔の高速ガス流下流側に設けたので、高速ガス流と排気流との合流角度をさらに小さくし、楔排気孔の出口における冷媒ガスの圧力損失を一層低減することができ、これにより通電時の回転子コイルに対する冷却性能を向上させることができるとともに、冷媒ガスを流すためのファン動力損を低減して、回転子の運転効率を向上させることができるなどの効果を奏する。
【0032】
請求項3の発明の回転電機の回転子は、V字形溝を楔の外周表面のみに設けたので、回転子鉄心の加工を省略でき、製造が容易になるという効果を奏する。
【0033】
請求項4の発明の回転電機の回転子は、楔の外周表面を断面V字形に切り欠くことにより傾斜面を形成したので、複数の楔排気孔が並んでいる場合に、各楔排気孔毎に傾斜面を形成する手間が省けるという効果を奏する。
【0034】
請求項5の発明の回転電機の回転子は、回転子鉄心のスロット壁部に、傾斜面に連続した面取り部を設けたので、高速ガス流と冷媒ガスの排気流との合流角度をさらに小さくすることができ、楔排気孔の出口における冷媒ガスの圧力損失をより一層低減することができるという効果を奏する。
【0035】
請求項6の発明の回転電機の回転子は、回転子鉄心の半径方向に延びる楔排気孔の内壁面と傾斜面との間の稜部を断面円弧状としたので、冷媒ガスの排気流の角度をスムーズに変更することができ、高速ガス流と冷媒ガスの排気流との合流抵抗を一層小さくすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1による回転電機の回転子の冷媒ガス排気部を示す断面図である。
【図2】図1の平面図である。
【図3】この発明の実施例2による回転電機の回転子の冷媒ガス排気部を示す断面図である。
【図4】図3の平面図である。
【図5】この発明の実施例3による回転電機の回転子の冷媒ガス排気部を示す断面図である。
【図6】図5の平面図である。
【図7】この発明の実施例4による回転電機の回転子の冷媒ガス排気部を示す断面図である。
【図8】図7の平面図である。
【図9】この発明の実施例5による回転電機の回転子の冷媒ガス排気部を示す断面図である。
【図10】図9の平面図である。
【図11】この発明の実施例6による回転電機の回転子の冷媒ガス排気部を示す断面図である。
【図12】図11の平面図である。
【図13】従来の回転電気の回転子のスロット部分を示す切欠斜視図である。
【図14】図13の要部断面図である。
【符号の説明】
1 回転子鉄心、2 スロット、3 回転子コイル、3a 軸方向冷媒通路、3b 半径方向冷媒通路、5 楔、5a 楔排気孔、11,14 V字形溝、12,15,16 傾斜面、13 突出部、17 面取り部、18 稜部。
Claims (6)
- 軸方向に延びる複数のスロットが外周に設けられている円筒状の回転子鉄心と、
上記スロット内に挿入されているとともに、冷媒ガスを流すための冷媒通路が設けられている回転子コイルと、
上記スロット内の上記回転子コイルの外周側に挿入されているとともに、上記回転子鉄心の半径方向に延び上記冷媒通路に連通している楔排気孔が設けられており、上記スロット内に上記回転子コイルを固定する楔と
を備え、回転により外周表面に沿って生じる高速ガス流に対して半径方向外向きの速度成分を持たせるV字形溝が、上記楔排気孔の開口部の上記高速ガス流上流側に設けられており、上記楔排気孔からの排気流を上記高速ガス流方向に導くように半径方向に対して傾斜した傾斜面が、上記楔排気孔の上記高速ガス流下流側に設けられていることを特徴とする回転電機の回転子。 - 軸方向に延びる複数のスロットが外周に設けられている円筒状の回転子鉄心と、
上記スロット内に挿入されているとともに、冷媒ガスを流すための冷媒通路が設けられている回転子コイルと、
上記スロット内の上記回転子コイルの外周側に挿入されているとともに、上記回転子鉄心の半径方向に延び上記冷媒通路に連通している楔排気孔が設けられており、上記スロット内に上記回転子コイルを固定する楔と
を備え、回転により外周表面に沿って生じる高速ガス流に対して半径方向外向きの速度成分を持たせる突出部が、上記楔排気孔の開口部の上記高速ガス流上流側に設けられており、上記楔排気孔からの排気流を上記高速ガス流方向に導くように半径方向に対して傾斜した傾斜面が、上記楔排気孔の上記高速ガス流下流側に設けられていることを特徴とする回転電機の回転子。 - V字形溝が楔の外周表面のみに設けられていることを特徴とする請求項1記載の回転電機の回転子。
- 複数の楔排気孔が軸方向に並んで楔に設けられており、全部の楔排気孔を含む範囲で上記楔の外周表面を断面V字形に切り欠くことにより傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の回転電機の回転子。
- 回転子鉄心のスロットの壁部に、傾斜面に連続した面取り部が設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の回転電機の回転子。
- 回転子鉄心の半径方向に延びる楔排気孔の内壁面と傾斜面との間の稜部が断面円弧状になっていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の回転電機の回転子。
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