JP4471553B2 - 同心円状コイルロータを備えた機械のための直接ガス冷却式コイル端通気方式 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に発電機械のロータ巻線に関し、より具体的には同心円状のロータ巻線を備えた機械のためのコイル端(end winding)通気方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大型ガス冷却式発電機械のロータは、典型的には機械加工された高強度丸打ち鉄鍛造品で作られたロータ本体を備えている。ロータ巻線を収納するために、ロータ本体の外周には特定の円周方向位置に軸方向に延びた半径方向スロットが機械加工されている。この形式の機械のロータ巻線は典型的には多数の完成品コイルから成り、それぞれのコイルは銅導体から成る多数の界磁ターンを有する。コイルは同心円状パターンで半径方向スロット内に嵌装されるが、例えば２極ロータではかかる同心円状パターンが２つ設けられる。コイルは、各スロット内に機械加工されたダブテイル面と係合する金属楔によって、遠心力に抗してロータ本体スロット内で支えられる。メインロータ本体の両端（すなわち磁極面）を越えて延びるロータ巻線コイルの領域は「コイル端(end winding)」と呼ばれ、高強度の鋼製保持リングによって遠心力に抗して支えられる。各保持リングの内端部は、典型的にはロータ本体端部の機械加工仕上げ面上に焼嵌めされる。各保持リングの外端部は、典型的には心合わせリングと呼ばれる円形状の鋼製部材上に焼嵌めされる。ロータコイル端の下方に位置する鍛造ロータシャフト部分はスピンドルと呼ばれる。
【０００３】
このように、ロータ巻線は２つの主な領域に分けることができる。それらは、ロータの半径方向スロット内のロータ本体領域と、ロータスピンドルから半径方向に間隔を置いて位置し、かつ磁極面を越えて延びるロータコイル端領域とである。本発明は、主としてロータコイル端領域のための通気方式に関する。
【０００４】
コストと機械のサイズを低減するために、回転機械製造業者は、機械の一定体積からより大きな出力を得る方法を常に探究している。ロータ巻線の熱限界は、この目的を達成する上での主要な障害である。従って、より有効なロータ巻線冷却方式は、製造業者が所望の一層大きな出力を達成することを可能にする。
【０００５】
これまでロータコイル端を冷却する幾つかの方法が用いられてきた。これらの方法の殆どは、長手方向に溝切りした銅の巻線を使用しており、冷却ガスは空洞からターンの両側面にある導入口を介して界磁ターンに入り、溝に沿って長手方向に放出位置まで流れる。この放出位置は典型的にはロータ本体内のチムニーか、あるいは、コイル端の下方及び周りの区分され流れ調節された放出域である。これらの流れ調節された放出域内のガスは、典型的には磁極面内に機械加工された溝を介してエアギャップ（つまり、ロータとステータの間の空隙）に放出されるか、あるいは、心合わせリング内の開口を介して心合わせリングの外側の領域へ放出される。幾つかの方式においては、冷却ガスは保持リングに穿たれた半径方向の孔を介して放出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、同心円状ロータ巻線を備えた機械のための新しい直接ガス冷却式ロータコイル端通気方式を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、機械のそれぞれの端部において非金属バッフルリングを使用する。このバッフルリングは、それぞれのロータコイル端の半径方向内表面を完全に覆い、巻線のロータ本体通気領域を巻線のロータコイル端通気領域から隔離する。ロータの両端部におけるコイル端は互いに同一であるから、本明細書においてはその一方についてだけ説明する。
【０００８】
バッフルリングを通り抜けてロータコイル端に冷却ガスを導入できるように、バッフルリングには注意深く配置された半径方向の孔が形成されている。冷却ガスは、バッフルリングに設けた孔を通り、ロータコイル端コイルの銅製界磁ターン内に半径方向通路を形成される対応する直列に並んだ半径方向通気孔またはダクトに向かって半径方向に流れる。これらのターンのうちの選ばれた数のターン、または全てのターンには、側方排出口が形成されている。本発明の１つの実施形態においては、側方排出口は、半径方向通路からターンの一側または両側でターンの外縁まで延びている。ロータのポンピングヘッドは、冷却通路を通してガスを流す。かくして冷却ガスは半径方向通路と側方排出口を通って流れ、ある１つのコイルに着目して言えば、そのコイルの一方の側面または両側面において、コイル間に形成された長手方向空洞内に排出される。
【０００９】
別の実施形態においては、幾つかの、または全ての界磁ターンが、ターン内の半径方向通路から始まる長手方向溝を備えている。これらの溝はターンに沿って延び（一様な長さ、または異なる長さだけ）、長手方向溝からターンの一側または両側におけるターンの外縁までターン内に機械加工された側方排出口で終わる。かくして、冷却ガスは、界磁ターン内の半径方向通路を通って流れ、次いで長手方向に溝に沿って側方排出口に達し、そこでコイル間（コイルの一方の側面または両側面において）に形成された長手方向空洞内に放出されることができる。
【００１０】
上記２つの実施形態においては、ロータ本体端部に鋼製の歯状通気孔またはスロットが機械加工されている。従って、コイルから放出された冷却ガスは、長手方向空洞を介して歯状放出スロットを通って流れ、機械のエアギャップ内に放出されることができる。更に、１つ又はそれ以上のコイルはロータ本体内に延びる長手方向溝を備えたターンを有し、冷却ガスが巻線それ自体の中の半径方向チムニーを介して、ロータ本体に沿って又はロータ本体内部を通して排出される、別のガス放出回路を形成することが可能となる。
【００１１】
冷却ガスの流れを妨げる長手方向空洞内に置かれたコイル間スペーサブロック（隣り合うコイル同士を所定の間隔で維持するために使用される）には、冷却ガスがこれらのスペーサブロックを貫通して流れることができるように、通気通路を設けることができる。これに代わる方法は、スペーサブロックの遠い側で開口する適当な排出口まで、界磁ターンに沿って機械加工された内部溝を介してスペーサブロックをバイパスすることである。これとは異なるバイパス方式も考えられるであろう。そのような例として、バッフルリングの設計においてバイパス通路を設けることがある。
【００１２】
更に別の変形形態においては、コイル端における冷却ガス放出面積を更に増大させるために、バッフルリングに変更を加えて追加の軸方向ガス流通路を設け、ガスを、コイルの中央における長手方向空洞を介してロータの磁極面に機械加工したスロットへ、または心合わせリング内の半径方向孔へ送出することができる。換言すれば、バッフルリング内の追加の孔を同心円状に配設された１群のコイルの中央における空間と整列させ、長手方向空洞内に開口しまたエアギャップ内へ放出する１つ又はそれ以上の放出スロットを磁極面内に設ける。変更されたバッフルリング孔の領域内へ冷却ガスを軸方向に流すために、軸方向に延びたバッフルプレートが使用される。その結果、長手方向空洞からスリーブ状のバッフルリング内の放出孔を通って軸方向内向きに流れるガスは、バッフルプレートの間を軸方向へ流れ、磁極面放出スロット及び心合わせリング内の放出孔のいずれか一方または両方内へ放出される。
【００１３】
本発明による軸方向／横方向ロータコイル端通気方式においては、例えば、互いに平行して並んだ複数のダクト、互い違いに配設した複数のダクト、あるいは斜めの流れ通路を用いるといった如く、多くの新しい通気構成が可能であるが、斜めの流れ通路はロータコイル端の温度を低下させ、かつ一層一様にする対向流方式に対する可能性も有する。本明細書に開示された冷却方式はまた、コイル両側の空間を通気ガス流路として十分に用いることを可能にし、また、コイルの界磁ターンの外表面を対流冷却することを可能にする。
【００１４】
本発明によるロータコイル端通気方式によれば、次のような幾つかの利点を実現できる。
【００１５】
ａ）直接ガス冷却によって通気が改善され、ホットスポット温度及び平均巻線温度が低下する。
【００１６】
ｂ）コイル端全体を通じて温度がより一様になる。
【００１７】
ｃ）銅製の界磁ターンと直接に接する多数の短い長さの冷却通路を設けることが可能となり、それによって冷却ガスの温度上昇が制限される。
【００１８】
ｄ）対向流通気方式をも含む多くの通気パターンを案出できる可能性がある。
【００１９】
ｅ）他の方式と比べて、製造が比較的簡単である。
【００２０】
ｆ）一定の出力定格に対して機械の体積を小さくすることができる。
【００２１】
従って、最も広い態様において、本発明は、ロータとロータ内に設けた半径方向スロット内に嵌装された複数のコイルとを有する回転機械のコイル端のための冷却ガス通気回路であって、コイルがそれぞれ半径方向に積み重ねられた複数のターンを含み、ターンがその中に半径方向通路を備え、コイルがロータの磁極面を超えて延びてコイル端を形成し、実質的に円筒状のバッフルリングがコイル端内の複数のコイルの半径方向最内側のターンを覆い、バッフルリングが半径方向通路と整列した複数の孔を有し、半径方向通路がコイル端内のコイル間の空洞に通じている、冷却ガス通気回路に関する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１には、ロータ本体１０の一方の端部が示されており、ロータ本体の一方の端部を越えてロータコイル端１２が延びている。ロータコイル端は、同心円状に配列されたほぼ矩形形状の多数の完成品コイル１４、１６、１８、２０の末端領域を含む。２極ロータの場合には、ロータの相対向する端部に上述のような同心円状のコイルが２組配設されている。しかしながら、本発明はその他のロータ構成にも同様に適用可能である。
【００２３】
各コイルは、銅導体を積み重ねて構成した多数の界磁ターン２１を含む。本発明は個々のターンが多くの導体層で構成された巻線にも、また個々のターンが単一の導体から成る巻線にも適用することができる。これらのコイルは、ロータ本体の外周に機械加工された半径方向スロット２２内に収納され、コイル端は、機械の両端において通常の方式でロータ本体を越えて軸方向に延びている。ロータのスピンドル部分２４は、コイル端の半径方向内側で軸方向に延びている。コイル１４、１６、１８、２０は、各ロータコイルのスロット内の機械加工されたダブテイル面（図示せず）に係合する金属楔（図示せず）によって、遠心力に抗してロータ本体のスロット２２内で支えられる。
【００２４】
コイル端は、高強度の円環状鋼製保持リング２６によって遠心力に抗して支えられる。各保持リングの内端部はロータ本体の機械加工仕上げ面２８上に焼嵌めされ、他方保持リング２６の外端部は円形状の鋼製部材すなわち心合わせリング３０上に焼嵌めされる。ロータ巻線は適当な取付部絶縁によってロータ本体と保持リングから電気的に絶縁されている。更に、ロータ巻線のコイルを構成するターンは、適当なターン間絶縁により相互に電気的に絶縁されている。単純化するために、図面には絶縁体は示されていない。図２においては、一方のコイル端１２の半分だけが単純化した構成で示されていることにも注意されたい。コイル１４、１６、１８、２０を相互に隔てるために普通コイル端内に置かれるスペーサブロックは、図面を明確にするために省略されている。
【００２５】
コイル端通気部分をロータのロータ本体通気部分から隔離するために、円筒スリーブ状のバッフルリング３２が同心円状ロータコイル端１２の下方に装着されている。従って、ロータコイル端は、ロータ本体１０、保持リング２６、心合わせリング３０及びバッフルリング３２によって完全に囲まれる。バッフルリング３２は非金属材料で作られるのが好ましく、完全な３６０°リングであってもよいし、あるいは、幾つかのアーチ状断片を重ね合わせて形成してもよい。
【００２６】
バッフルリング３２はロータ本体１０及び心合わせリング３０の端部に機械加工された溝３４、３６に嵌合させることができるが、その他の組立や装着技術を用いることもできる。例えば、９０°の間隔でスピンドル２４とバッフルリング３２の間で半径方向に延びる複数のスポーク（好ましくは４本）によって、あるいは、当業者が考え得るその他任意の適当な手段によって、バッフルリング３２を支えることができるであろう。
【００２７】
バッフルリング３２は、特定位置に機械加工されるか鋳型成形された長円孔４０（図１）を有する。これらの孔は冷却ガスを送るためのものであって、冷却ガスは、バッフルリング３２の内径とロータスピンドル２４の間を軸方向に流れて、ロータコイル端コイルの界磁ターン内の特定位置に設けられた半径方向通路４２に流入する。この半径方向通路は図２、図３に最も良く示されている。半径方向通路４２は、パンチまたは機械加工により銅製ターン２１に形成した垂直方向に整列した孔またはダクトによって形成される。本発明の第１の例示的実施形態においては、冷却ガスを半径方向通路４２からそれぞれコイル１４と１６の間、コイル１６と１８の間、コイル１８と２０の間の長手方向空洞または溝４８、４９、５０内へ排出できるように、幾つかの、または全てのターンに設けた半径方向通路４２の各側面にはガス排出口または排出溝４４、４６が機械加工されている。
【００２８】
ロータ本体の「歯」（ロータ本体の半径方向縁部における、半径方向スロット２２相互間の中実の部分であって、本明細書では磁極面２３とも呼ばれる）の中には、湾曲した通気スロット５２（図１、図２）が機械加工されている。この通気スロットは、冷却ガスがコイル間の長手方向空洞４８、４９、５０からロータ本体の通気スロット５２内へ、次いでこの機械のステータ（図示せず）とロータ本体１０の間の円環状エアギャップ内へと流れるのを可能にする。湾曲した通気スロット５２は、軸方向に延びる孔と半径方向に延びる孔を組合せたもので置き換えることもできることが理解されよう。コイル１４、１６、１８、２０内の幾つかのターン、または全てのターンは、磁極面に最も近い半径方向通路４２からロータ本体１０内に位置するターンに形成された半径方向チムニー５５まで延びる長手方向溝５３を有する。
【００２９】
図１に戻って説明すると、１つの可能な冷却方式においては、冷却ガスのうちのある部分は、ロータ本体に設けたサブスロット５７内を軸方向に流れる。サブスロット５７は、ロータ本体に沿って軸方向に間隔を置いた位置においてコイル内に形成された追加の半径方向チムニー（図示せず）と通じている。チムニー５５はサブスロット５７と通じていないが、チムニー５５よりも軸方向内側に位置する上述のチムニーは、サブスロット５７に接続することに注意されたい。チムニー５５は、コイルの界磁ターン内の溝５３、すなわちコイル端通気方式とのみ通じる。
【００３０】
通気スロットまたは通気孔５２、溝５３及びチムニー５５内に冷却ガスが流入する結果、コイル端１２とロータ本体１０の間の遷移部分が冷却される。ロータ本体自体の冷却は、ロータ本体内の主要コイルスロットの下方に機械加工されたサブスロット（サブスロット５７のような）から供給される冷却ガスによる半径方向冷却（または軸方向／半径方向冷却）、あるいは、冷却ガスが機械のエアギャップにより流入及び放出するような如何なるエアギャップを利用したロータ本体冷却方式のようなあらゆる適当な方法によって、達成されることができる。
【００３１】
上述した通気方式のもう１つの利点は、コイル１４、１６、１８、２０間の長手方向通路または空洞４８，４９，５０に流入する冷却ガスがまた、コイルを構成するターン２１の露出外表面を対流によって冷却する助けにもなるということである。
【００３２】
機械が定格速度で稼動している時、機械のロータのポンピングヘッドは通路を通して冷却ガスを圧送する。半径方向通路４２内への冷却ガス流の送給は、孔４０のサイズ、半径方向通路４２を形成するターン内のパンチ孔のサイズ、側方排出口４４、４６のサイズ、及び着目しているロータコイル端部分に含まれる各ターンに対する適切な通気を保証するターンの軸方向／半径方向の整列によって制御することができる。複数の半径方向通路を設ける構成も可能である。例えば、バッフルリング３２を適当に変形して、１つもしくはそれ以上のコイル内で、平行に並んだ２つもしくはそれ以上の半径方向通路を用いることもできる。図４においては、コイルターン（１つを６２で示す）の長手方向に沿って軸方向に間隔を置いた位置に、半径方向通路５８、６０が配置されている。側方ダクトまたは溝６４が通路５８からターンの一方の側面まで延びており、他方側方ダクトまたは溝６６が通路６０からターンのもう一方の側面まで延びている。図５は同様な構成を示しているが、半径方向通路６８、７０は軸方向に互い違いに、または位置をずらして設けてある。
【００３３】
図９を参照すると、半径方向に連続したターン７４のそれぞれに形成される孔７２の位置をずらすことによって、斜めの流路が形成され、一番下の（つまり半径方向最内側の）孔７２はバッフルリング７８内の長円孔７６に通じている。側方ダクトまたは溝８０は、図２に示すようにターンの縁部まで延びている。
【００３４】
対向流通気方式も考えられる。例えば、コイルのある領域において、入口と出口の位置が反対になった相対向する方向に、別個の通路内に冷却ガスを流すことができる。図５に示すような、互いに並行にかつ互い違いに並んだ半径方向ダクトの構成は、上述のような対向流方式を確立するために使用できるであろう。すなわち、図１０及び図１１を参照すると、ターン８６の近い側でバッフルリング孔８４に通じる積み重ねられたターン内の軸方向に位置をずらした孔８２は、図１０に見られるように左から右への斜めの流れパターンを形成するであろう。バッフルリング孔８９に通じるターン８６の対向する側つまり遠い側（図１１を参照のこと）の反対方向に互い違いの孔８８の列は、図１０に見られるように右から左への対向流通路となる第２の斜め通路を形成するであろう。この構成は、非対向流方式と比べてロータコイル端の温度を一層低下させると共に一様化する。
【００３５】
図６を参照すると、隣り合うコイル端コイル（その１つを９４で示す）間のロータコイル端スペーサブロック９０、９２のような冷却ガス流路内の如何なる障害物でも、１つ又はそれ以上の隣り合う界磁ターンに沿って機械加工された１つ又はそれ以上の溝９６を介して、半径方向通路９８から、次の半径方向ダクト１０４（図６）においてあるいは次の半径方向ダクト１１０に隣接する別個の排出口１０６、１０８（図７）を介して、スペーサブロックの遠い側の適当な排出口１００、１０２へとバイパスすることができる。もしくは、図８に示すように、スペーサブロック１１４に孔１１２を形成し、これを通してガスを流すことも可能である。更にもう１つの可能性は、バッフルリングの設計においてバイパスポケットによるスペーサブロックバイパス方式を用いることである。
【００３６】
次に図１２〜図１４を参照すると、そこにはロータコイル端領域内で追加の冷却ガス放出面積が必要とされる場合に対する通気方式が示されている。ここには２極機械のための構成が示されているが、その概念は２極以上の機械にも適用可能である。この例においては、バッフルリング１１６は変更されて、同心円状コイル構成の中央における縦方向空洞１２０または通路に開口する追加の孔１１８を含む。中央空洞は、バッフルリング１１６とスピンドル１２６の間にある半径方向プレート１２２、１２４によって更に限定され、ロータ本体または磁極面１２８とスピンドル１２６と心合わせリング１３２の間で半径方向に配置されている半円環状の末端カバー１３０（図１２）との間で軸方向に延びている。図１２及び図１３から分かるように、バッフルリング１１６内の孔１１８は、コイル１３４、１３６、１３８、１４０、１４１の間及びプレート１２２、１２４の間の空間に開口するように配置されている。
【００３７】
この構成においては、コイルのターン内の排出口から出た冷却ガスは、コイル間の空間または空洞から半径方向内向き方向に半径方向孔１１８を通り抜け、バッフルリング１１６の下方でプレート１２２、１２４によって定められた軸方向通路内へ流れ込む。次いで、冷却ガスは、軸方向両方向へ流れることができ、磁極面１２８内に機械加工された通気スロット１４２、１４４を介してエアギャップ内へ放出されるか、あるいは、心合わせリング内に半径方向チムニーを形成する放出孔１４６、１４８を介して心合わせリング１３２の外径内へ放出されることができる。図１４は２極ロータにおける反対側のコイル端のための追加のバッフルプレート１５０、１５２の位置を示していることに注意されたい。
【００３８】
心合わせリング放出方式と磁極面スロット放出方式は、単独あるいは一緒に使用することができ、また、実用的に可能な限り通気面積を大きくするために、前述した通気方式と組み合わせることもできる。磁極面放出方式は、順方向流及び逆方向流で通気される機械に対してうまく機能する必要があるが、心合わせリング放出方式は、順方向流で通気される機械において最も良く機能する。これらの方式は、それぞれの極に対し半径方向プレートを追加することによって、２極より多い極を持つ機械に対しても使用することができる。
【００３９】
次に図１５〜図２４は、本発明の第２の実施形態を示す。この実施形態においては、各々のコイル内のある数のターンが、界磁ターン内の半径方向通路から始まる、任意の望ましい長さの長手方向溝を有する。具体的にまた図１５及び図１６を参照すると、バッフルリング１５６にも半径方向通路１６０と半径方向に整列させた長円孔１５８が形成されている。これらの半径方向通路１６０は、コイル１６２、１６４、１６６、１６８のうちの１つ又はそれ以上のコイルの様々なターンに形成された孔で構成されている。図面において、選ばれた（または、全ての）ターン１７０の最上面には長手方向溝１７２が形成され、この長手方向溝１７２はその一端において各半径方向通路１６０に通じている。これらの長手方向溝１７２は、ターンの両面に機械加工することができ、また各ターンが複数の導体で構成されるタイプの巻線に対しては、絡み合わせた導体の重なり合った表面上に溝を機械加工することができる。溝１７２の反対側の端部は、ターン内に機械加工され長手方向溝１７２からターンの両側においてその外縁まで延びている側方排出口１７４、１７６に通じている。かくして冷却ガスは溝１７２を通って流れ、着目しているコイルの両側でコイル間に形成された長手方向空洞または空間１７８、１８０、１８２、１８４内に側方排出口１７４、１７６を通って放出される。しかしながら、ターンの一方の側面だけに排出口を形成することも本発明の技術的範囲内に含まれることを理解されたい。前述の実施形態におけると同様に、通気スロット１８６（または孔）が、ロータ本体に機械加工され、冷却ガスがコイル間の長手方向空洞１７８、１８０、１８２、１８４からスロット１８６内へ流れ、次に機械のエアギャップ内へ流れることができるようになる。図１５からも明らかなように、長手方向溝１８８はロータの磁極面に近い位置においてターンに機械加工することもでき、長手方向溝は、ロータスロット内に嵌装されたターン内において形成される半径方向放出孔またはチムニー１９０まで軸方向に延びる。
【００４０】
図１７及び図１８はスペーサブロックに対する別のバイパス構成を示す。図１７において、長手方向溝１９２はスペーサブロック１９４の両側でターン内に形成され、側方排出口１９６、１９８はスペーサブロックの遠い側に配置される。これによって、半径方向通路２００からの冷却ガスが、スペーサブロックの下流でコイル間の空間２０１に入る前にスペーサブロック１９４をバイパスすることが可能となる。図１８は別の構成を示しており、この構成においては側方排出口２０２、２０４はスペーサブロックの上流に配置されるが、スペーサブロック自体に貫通通路２０６が形成され、冷却ガスを自由に流すことができる。もう１つの可能性は、バッフルリングの設計においてバイパスポケットによるスペーサブロックバイパス方式を使用することである。
【００４１】
図１９、図２０に示すように、本発明の第２の実施形態においては、複数の半径方向ダクト／溝を用いる構成も可能である。図１９においては、互いに平行に並んで長手方向に延びる溝２０８が半径方向通路２１０と対になっており、側方排出口２１２が長手方向溝の反対側の端部に形成されている。所望の冷却を達成するために、ターンの長さに沿ってこのパターンを必要なだけ繰り返すことができる。図２０は互い違いの構成を示しており、この構成においては、半径方向通路２１４と長手方向溝２１６はターンの一方の側面にただ１つの排出口２１８を備えており、一方、半径方向通路２２０、長手方向溝２２２及び排出口２２４から成る互い違いの列は、ターンの反対側に沿って延びている。
【００４２】
図２１に示すように斜めの排出口を設けることも可能である。図２１においては、バッフルプレート２２８内の長円孔２２６は、積み重ねたターン２３２内の孔によって形成された半径方向通路２３０と通じている。長手方向溝２３４が、半径方向通路２３０から排出口（概略的に２３６で示す）まで延びている。ターンの重なりを貫いて互い違いの放出構成を作り出すために、連続したターン内の長手方向溝の軸方向の長さは増大することに注目されたい。導体内の溝の長さをただ変えるだけで、斜め排出口列以外のものも可能であることが分かる。このようにして、全てのターンを効果的に通気することができる。
【００４３】
この実施形態によれば、対向流方式も可能であり、その例を図２２及び図２３に示す。図２２においては、互い違いの半径方向通路は長手方向溝２４２、２４６と排出口２４８、２５０に通じており、そこでは冷却ガスは対向する方向に流れる。同様な構成が、横に平行に並んだ半径方向通路に対しても実施できる。もう１つの異なる例を図２３に示す。そこでは、軸方向に間隔を置いた半径方向通路２５１、２５２が、１つおきのターン内の長手方向溝に冷却ガスを供給する。従って、一番上のターン内の長手方向溝２５４に第１の半径方向通路２５１から冷却ガスが送り込まれ、冷却ガスは左から右へ流れる。下方または底側のターン内の長手方向溝２５４に第２の半径方向通路ト２５２から冷却ガスが送り込まれ、冷却ガスは右から左へ流れる。これと異なるもう１つの可能性は、図２４に示すように、単一の半径方向通路２６２から１対の溝２５８、２６０に冷却ガスを送り込むことである。
【００４４】
図１２〜図１４に関連して前述したような冷却ガス放出面積を増大させることができる機構はまた、図１５〜図２４に関連して上述した通気方式と組み合わせることができることを指摘しておく。
【００４５】
以上に述べた通気方式は、角が四角及び／又はＣ字形をした適当なターン寸法を有する同心円状に巻かれた界磁巻線を備えた如何なる機械にも使用可能であり、しかも２極及び４極回転ロータタービン駆動式発電機械に極めて容易に適用可能である。冷却ガスは任意の適当なガスでよいが、最も典型的なものは空気または水素である。
【００４６】
本発明を現在最も実用的で好ましいと考えられる実施形態に関連して説明してきたが、本発明は開示した実施形態に限定されるものではなく、逆に、添付する特許請求の範囲の技術思想と技術的範囲に含まれる様々な変更形態及び等価構成を保護しようとしていることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 機械ロータの１つの端部の半径方向部分断面図。
【図２】 ロータの１つの端部におけるロータコイル端のコイルを１部断面で示した部分平面図。
【図３】 図２の線３−３に沿って見た部分側面断面図。
【図４】 直列に並んだ多数の半径方向ダクトの列を示す、本発明の別の実施形態によるコイル端ターンの部分平面図。
【図５】 直列に並んだ多数の半径方向ダクト列を示す、本発明のさらに別の実施形態によるコイル端ターンの部分平面図。
【図６】 スペーサブロック付近で流れをバイパスさせるための１つの構成を示す、ロータコイル端ターンを１部断面で示した部分平面図。
【図７】 スペーサブロック付近で流れをバイパスさせるための別の構成を示す、ロータコイル端ターンを１部断面で示した部分平面図。
【図８】 冷却媒体の流れがスペーサブロックを通り抜ける方式を示す、さらに別の実施形態による図６及び図７と同様な図。
【図９】 ターン内の位置をずらした半径方向ダクトによって得られる斜め通気パターンを示す、コイルのコイル端部分における積み重ねたターンの部分側面断面図。
【図１０】 斜め／対向流方式を示す、コイルのコイル端部分における積み重ねたターンの部分側面断面図。
【図１１】 図１０に示す、積み重ねたターンのうちの１つのターンの部分平面図。
【図１２】 機械ロータの変更された端部の半径方向部分断面図。
【図１３】 図１２に示すコイル端通気方式を組み込んだ２極ロータを１部断面で示した平面図。
【図１４】 ロータの下半部を示す、図１２及び図１３に示すロータコイル端の単純化した端面図。
【図１５】 本発明の第２の例示的実施形態によるロータの１つの端部におけるロータコイル端のコイルを１部断面で示した部分平面図。
【図１６】 図１６の線１６−１６に沿って見た部分側面断面図。
【図１７】 本発明の第２の実施形態と関連したスペーサブロック付近のバイパス流構成を示す、ロータコイル端ターンを１部断面で示した部分平面図。
【図１８】 本発明の第２の実施形態と関連した別のバイパス流構成を示す、ロータコイル端ターンを１部断面で示した部分平面図。
【図１９】 本発明の第２の実施形態と関連したコイル端ターン内の多数の半径方向通路列を示した部分平面図。
【図２０】 本発明の第２の例示的実施形態と関連した互い違いに並ぶ半径方向通路列を示す、ターンの部分平面図。
【図２１】 個々のターンに形成された溝の長さが様々な長さを有することを示す、本発明の第２の実施形態によるコイル端における積み重ねたターンの部分側面断面図。
【図２２】 本発明の第２の例示的実施形態と関連した対向流方式を示す、ターンの部分平面図。
【図２３】 交互のターンにおける対向する方向の対向流通路を示す、積み重ねたターンの部分平面図。
【図２４】 １つの半径方向通路から延びる１対の長手方向溝を示す、本発明の第２の例示的実施形態と関連したターンの部分平面図。
【符号の説明】
１０ ロータ本体
１２ ロータコイル端
１４、１６、１８、２０ コイル
２１ ターン
２２ 半径方向スロット
２３ 磁極面
２４ スピンドル部分
２６ 保持リング
３０ 心合わせリング
３２ バッフルリング
４０ 長円孔
４２ 半径方向通路
４８、４９、５０ 長手方向空洞
５２ 通気スロット
５５ 半径方向チムニー

Claims (25)

1. ロータ（１０）と該ロータ内に設けた半径方向スロット（２２）内に嵌装された複数のコイル（１４、１６、１８、２０）とを有する回転機械のコイル端のための冷却ガス通気回路であって、
   前記コイルがそれぞれ半径方向に積み重ねられた複数のターン（２１）を含み、
   前記ターンがその中に半径方向通路（４２）を備え、
   前記コイルが前記ロータの磁極面（２３）を超えて延びてコイル端（１２）を形成し、
   実質的に円筒状のバッフルリング（３２）が前記コイル端内の前記複数のコイルの半径方向最内側のターンを覆い、
   前記バッフルリングは前記半径方向通路と整列した複数の孔（４０）を有し、
   前記半径方向通路は、前記コイル端内の前記コイル間の空洞（４８、４９、５０）に通じており、前記ターン内で互いに対向する方向の冷却ガス流を生じさせるように前記ターン内に軸方向に互いに位置をずらした孔（８２、８８）の列が設けられて斜め通路を形成する
   ことを特徴とする冷却ガス通気回路。
2. 前記コイル端（１２）内の前記コイル（１４、１６、１８、２０）が保持リング（２６）によって半径方向最外側面で支えられ、前記コイルが、前記バッフルリング（３２）、前記保持リング（２６）、及び前記バッフルリングと前記保持リングとの間で半径方向に延びる心合わせリング（３０）によって囲まれることを特徴とする、請求項１に記載の冷却ガス通気回路。
3. 前記磁極面（２３）から延びる通気スロット（５２）が、前記コイルが嵌装された前記半径方向スロット（２２）間の前記ロータの領域内で、前記ロータに形成されることを特徴とする、請求項２に記載の冷却ガス通気回路。
4. 前記半径方向通路（４２）のうちのあるものが、前記ロータ内に位置する前記ターンに形成された半径方向放出チムニー（５５）に通じていることを特徴とする、請求項３に記載の冷却ガス通気回路。
5. 前記ターンの一側面または両側面において、前記半径方向通路から延びる側方排出口（４４、４６）（１７４、１７６）によって、前記半径方向通路４２が前記空洞（４８、４９、５０）に通じていることを特徴とする、請求項１に記載の冷却ガス通気回路。
6. 前記排出口（４４、４６）が前記ターンの側縁に対して実質的に直角に設けられることを特徴とする、請求項１に記載の冷却ガス通気回路。
7. 前記排出口（１７４、１７６）が前記ターンの側縁に対してある鋭角度で設けられることを特徴とする、請求項１に記載の冷却ガス通気回路。
8. 前記半径方向通路と前記排出口とが前記ターン内の長手方向溝（１７２）によって接続されていることを特徴とする、請求項７に記載の冷却ガス通気回路。
9. ２列又はそれ以上の列の半径方向通路（５８、６０）が１つ又はそれ以上の前記コイルの前記ターン内に形成され、幾つかの半径方向通路列からの排出口（６４）が前記ターンの一方の側面に開口し、残余の半径方向通路列の排出口（６６）が前記ターンのもう一方の側面に開口することを特徴とする、請求項１に記載の冷却ガス通気回路。
10. 半径方向通路（６８、７０）が前記ターンの長さに沿って互い違いに設けられることを特徴とする、請求項９に記載の冷却ガス通気回路。
11. 前記半径方向通路（６８、７０）が長手方向に互い違いに設けられることを特徴とする、請求項１に記載の冷却ガス通気回路。
12. 前記複数のコイル間に１つ又はそれ以上のスペーサブロック（９０、９２）が挿入され、前記スペーサブロックの付近で冷却ガスをバイパスするために、手段（９６、９８、１００、１０２、１１２）が設けられることを特徴とする、請求項１に記載の冷却ガス通気回路。
13. 連続する前記複数のターン内の長手方向溝（２３４）の軸方向の長さを増大させ、互い違いの放出構成とした
    ことを特徴とする、請求項１に記載の冷却ガス通気回路。
14. 前記バッフルリング（１１６）と前記ロータのスピンドル部分（１２６）との半径方向の間で軸方向に延びるプレート（１２２、１２４）を含み、前記軸方向に延びるプレートが冷却ガス放出チャネルを形成し、該冷却ガス放出チャネルがその一端において前記ロータ内のガス放出スロット（１４２、１４４）に通じていることを特徴とする、請求項１に記載の冷却ガス通気回路。
15. 前記バッフルリング（１１６）と前記ロータのスピンドル部分（１２６）との半径方向の間で軸方向に延びるプレート（１２２、１２４）を含み、前記軸方向に延びるプレートが冷却ガス放出チャネルを形成し、該冷却ガス放出チャネルがその反対側の端部において前記心合わせリングを貫通して延びるほぼ半径方向のチムニー（１４６、１４８）に通じていることを特徴とする、請求項１に記載の冷却ガス通気回路。
16. 前記バッフルプレート内の追加の孔が前記コイル間の空間と直接通じていることを特徴とする、請求項１５に記載の冷却ガス通気回路。
17. ロータ（１０）と該ロータ内に設けた半径方向スロット（２２）内に嵌装された複数のコイル（１４、１６、１８、２０）とを有する回転機械のコイル端のための冷却ガス通気回路であって、
    前記コイルがそれぞれ半径方向に積み重ねられた複数のターン（２１）を含み、
    前記ターンがその中に半径方向通路（４２）を備え、
    前記コイルが前記ロータの磁極面（２３）を超えて延びてコイル端（１２）を形成し、
    実質的に円筒状のバッフルリング（３２）が前記コイル端内の前記複数のコイルの半径方向最内側のターンを覆い、
    前記バッフルリングは前記半径方向通路（４２）と整列した複数の孔（４０）を有し、
    前記半径方向通路（４２）が、前記ターンの一側面または両側面において前記半径方向通路から延びた側方排出口（４４、４６、１７４、１７６）によって前記コイル端内の前記コイル間の空洞（４８、４９、５０）に通じており、前記ターン内で互いに対向する方向の冷却ガス流を生じさせるように前記ターン内に軸方向に互いに位置をずらした孔（８２、８８）の列が設けられて斜め通路を形成し、
    前記コイル端内の前記コイルが、保持リング（２６）によって半径方向最外表面で支えられ、
    前記コイルは、前記バッフルリング（３２）、前記保持リング（２６）、及び前記バッフルリングと前記保持リングとの間で半径方向に延びる心合わせリング（３０）によって囲まれ、
    前記磁極面（２３）から延びる通気スロット（５２）が、前記コイルが嵌装された前記半径方向スロット（２２）間の前記ロータの領域内で前記ロータ（１０）に形成されることを特徴とする、冷却ガス通気回路。
18. 前記排出口（４４、４６）が前記ターンの側縁に対して実質的に直角に設けられることを特徴とする、請求項１７に記載の冷却ガス通気回路。
19. 前記排出口（１７４、１７６）が前記ターンの側縁に対してある鋭角度で設けられることを特徴とする、請求項１７に記載の冷却ガス通気回路。
20. 前記半径方向通路と前記排出口とが前記ターン内の長手方向溝（１７２）により接続されていることを特徴とする、請求項１９に記載の冷却ガス通気回路。
21. 前記半径方向通路（６８、７０）が軸方向に互い違いに設けられることを特徴とする、請求項１７に記載の冷却ガス通気回路。
22. 連続する前記複数のターン内の長手方向溝（２３４）の軸方向の長さを増大させ、互い違いの放出構成とした
    ことを特徴とする、請求項１７に記載の冷却ガス通気回路。
23. 前記バッフルリング（１１６）と前記ロータのスピンドル部分（１２６）との半径方向の間で軸方向に延びるプレート（１２２、１２４）を含み、前記バッフルリング内の追加の孔が前記コイル間の空間と直接通じ、前記軸方向に延びるプレートが冷却ガス放出チャネルを形成し、該冷却ガス放出チャネルがその一端において前記ロータ内のガス放出スロット（１４２、１４４）と通じていることを特徴とする、請求項１７に記載の冷却ガス通気回路。
24. 前記バッフルリング（１１６）と前記ロータのスピンドル部分（１２６）との半径方向の間で軸方向に延びるプレート（１２２、１２４）を含み、前記軸方向に延びるプレートが冷却ガス排出チャネルを形成し、該冷却ガス排出チャネルがその反対側の端部において前記心合わせリングを貫通して延びるほぼ半径方向のチムニー（１４６、１４８）と通じていることを特徴とする、請求項１７に記載の冷却ガス通気回路。
25. それぞれの前記ターン（２１）が１つ又はそれ以上の導体層を含むことを特徴とする、請求項１に記載の冷却ガス通気回路。

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