JP4576309B2 - Rotating electric machine - Google Patents
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Description
この発明は、冷却ガスが封入されたケーシング内に固定子および回転子が収容され、ケーシング内部にガス冷却器を備えたタービン発電機等の回転電機に関するものである。 The present invention relates to a rotating electrical machine such as a turbine generator in which a stator and a rotor are housed in a casing in which cooling gas is sealed, and a gas cooler is provided inside the casing.
冷却ガスが封入されたケーシング内に固定子および回転子が収容され、ケーシング内にガス冷却器を備えた回転電機が、例えば特許文献1に開示されている。
特許文献1に開示された回転電機は、特許文献1の図1に示されているように、冷却ガスを封入したケーシング内に固定子、回転子が配設され、固定子は、鉄心部分の軸方向に適正間隔で外周方向に冷却ガスが通過する複数の冷却通路を備え、固定子の内周側にガス空隙を介して回転可能に支持された回転子が配置され、この回転子の軸端側にファンを備え、軸端部で軸受により回転自在に支持されている。固定子の軸方向端部および回転子の軸方向端部には、冷却ガスが流入するガス空間を形成する内側防風板を配置し、内側防風板とケーシングとの間に外側防風板を配置し、ファンから送出された冷却ガスを冷却器に導く第1の通風路と、固定子を冷却した冷却ガスをファンに導く第4の通風路を形成し、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、冷却ガスを固定子鉄心の端部に導く第3の通風路形成手段を備えた構成が示され、ガス冷却器は固定子の外周端部の冷却ガス通路に配置されている。
For example, Patent Document 1 discloses a rotating electrical machine in which a stator and a rotor are accommodated in a casing in which cooling gas is sealed, and a gas cooler is provided in the casing.
As shown in FIG. 1 of Patent Document 1, the rotating electrical machine disclosed in Patent Document 1 includes a stator and a rotor disposed in a casing filled with cooling gas. A rotor having a plurality of cooling passages through which cooling gas passes in the outer peripheral direction at appropriate intervals in the axial direction is disposed, and a rotor supported rotatably through a gas gap is disposed on the inner peripheral side of the stator. A fan is provided on the end side, and is rotatably supported by a bearing at the shaft end. At the axial end of the stator and the axial end of the rotor, an inner windbreak plate that forms a gas space into which cooling gas flows is disposed, and an outer windbreak plate is disposed between the inner windbreak plate and the casing. The first ventilation path for guiding the cooling gas sent from the fan to the cooler and the fourth ventilation path for guiding the cooling gas for cooling the stator to the fan are formed, and the cooling gas discharged from the cooler is fixed to the stator. A configuration including second ventilation path forming means for guiding the radial cooling passage of the iron core and third ventilation path forming means for guiding cooling gas to the end of the stator core is shown. It arrange | positions at the cooling gas channel | path of an outer peripheral edge part.
このように構成された回転電機では、ファンによって動圧を与えられた冷却ガスがベアリングブラケットおよび内側油切りのある方向に吹き出し、第1の通風路を通ってガス冷却器に至り、ガス冷却器で冷却された冷却ガスが固定子鉄心部の吸気セクションと、固定子鉄心端部と内側防風板とで囲われたセクションに分かれて流入し、固定子鉄心部の吸気セクションに流入した冷却ガスは、固定子鉄心の吸気セクションの通風ダクトを通過し、風導を通って内側防風板と外側防風板に囲われた第4の通風路を通りファンに至る。
固定子鉄心の端部と内側防風板とで囲まれたセクションに流入した冷却ガスは、一部は回転子に流入して回転子を冷却して固定子鉄心の排気セクションに合流し、他は固定子鉄心部を冷却した後、固定子鉄心の排気セクションに合流するように循環する。
In the rotating electric machine configured in this manner, the cooling gas given dynamic pressure by the fan blows out in the direction with the bearing bracket and the inner oil drain, passes through the first ventilation path, reaches the gas cooler, and the gas cooler The cooling gas cooled in step 1 flows into the intake section of the stator core and the section surrounded by the stator core end and the inner windbreak, and the cooling gas that flows into the intake section of the stator core The air passes through the ventilation duct of the intake section of the stator core, passes through the air guide, passes through the fourth ventilation path surrounded by the inner windbreak plate and the outer windbreak plate, and reaches the fan.
A part of the cooling gas that flows into the section surrounded by the end of the stator core and the inner windbreak plate flows into the rotor, cools the rotor, and joins the exhaust section of the stator core. After cooling the stator core, it is circulated so as to join the exhaust section of the stator core.
このように構成された従来の回転電機は、固定子鉄心中央部および固定子鉄心端部を冷却した冷却ガスは、ファンを通過した後にガス冷却器を通過し、ガス冷却器により冷却された冷却ガスが直接固定子鉄心側に送られるので、従来のようにファンのロスによる加熱が回避されるものである。また、ファンと軸受けの内側油切りの間のセクションがファンの流出側で正圧となっており、従来のようにベアリング室の油を機内に引き込むことがなくなるというものである。 In the conventional rotating electric machine configured as described above, the cooling gas that has cooled the central portion of the stator core and the end portion of the stator core passes through the fan, then passes through the gas cooler, and is cooled by the gas cooler. Since the gas is sent directly to the stator core side, heating due to fan loss is avoided as in the prior art. In addition, the section between the fan and the inner oil drain of the bearing has a positive pressure on the outflow side of the fan, so that the bearing chamber oil is not drawn into the machine as in the prior art.
上記のように構成された特許文献1の回転電機は、ガス冷却器を通った冷却ガスが、直接固定子鉄心側に送られ、ファンのロスによる加熱が回避される構成であり、ファンと軸受けの内側油切りの間のセクションがファンの流出側で正圧となっており、ベアリング室の油を機内に引き込むことがなくなるという特徴を有するものである。
しかし、特許文献1の構成は、冷却ガスを軸方向に送出する冷却ファンを使用しているために、冷却ファンの軸方向の前後に大きなスペースを必要とし、回転軸の長さが長くなり回転電機の寸法が大きくなる問題点があった。
The rotating electric machine of Patent Document 1 configured as described above is configured such that the cooling gas that has passed through the gas cooler is sent directly to the stator core side, and heating due to fan loss is avoided. The section between the inner oil drainers has a positive pressure on the outflow side of the fan, and the oil in the bearing chamber is not drawn into the machine.
However, since the configuration of Patent Document 1 uses a cooling fan that sends cooling gas in the axial direction, a large space is required before and after the cooling fan in the axial direction, and the length of the rotation shaft becomes longer and the rotation becomes longer. There was a problem that the dimensions of the electric machine were large.
この発明は、回転電機の冷却ガス循環用冷却ファンを軸方向の前後にスペースを必要としない構成として回転軸の長さを短縮し、回転電機の小型化を図ることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to reduce the length of a rotating shaft by reducing the length of the rotating shaft by using a cooling fan for circulating a cooling gas of the rotating electric device without requiring a space before and after the axial direction.
この発明に係る回転電機は、冷却ガスが封入されたケーシング内に配設され、軸方向に所定の間隔で冷却ガスが外周方向に通過する冷却ガス通路が設けられた固定子鉄心および固定子コイルからなる固定子と、この固定子の内周側に空隙を介して配置され、回転軸、回転軸に装着され回転子磁極を形成する回転子鉄心、回転子鉄心を励磁する回転子コイルからなり、回転軸の両端部が軸受により回転自在に支持された回転子と、固定子端部に端部ガス空間を形成する端部ガス空間仕切手段と、端部ガス空間仕切手段より軸受側の位置で回転軸に装着され、冷却ガスを軸心側から吸気し、外周方向に送出する遠心ファンと、この遠心ファンの周囲を囲い、端部ガス空間仕切手段より軸受側に配置されたガス風洞とからなる遠心送風機と、端部ガス空間仕切手段の外周部軸受側に配置され、流入する冷却ガスを通過させて冷却して端部ガス空間に送出する主ガス冷却器と、遠心送風機のガス風洞に接続され、ガス風洞から送出される冷却ガスを主ガス冷却器へ流入する反転風洞とを備えたものである。 A rotating electrical machine according to the present invention includes a stator core and a stator coil that are disposed in a casing in which a cooling gas is sealed, and are provided with cooling gas passages through which the cooling gas passes in the outer circumferential direction at predetermined intervals in the axial direction. And a rotor core that is arranged on the inner peripheral side of the stator via a gap and is attached to the rotation shaft, is attached to the rotation shaft to form a rotor magnetic pole, and a rotor coil that excites the rotor core. A rotor whose both ends of the rotating shaft are rotatably supported by bearings , end gas space partitioning means for forming an end gas space at the end of the stator, and a position closer to the bearing than the end gas space partitioning means A centrifugal fan that is mounted on the rotary shaft, sucks cooling gas from the axial center side, and sends it out in the outer circumferential direction , and a gas wind tunnel that surrounds the centrifugal fan and is arranged on the bearing side from the end gas space partitioning means. Centrifugal blower consisting of Is disposed on the outer peripheral portion bearing side space partitioning means, the main gas cooler is passed through a cooling gas flowing sent to the end gas space by cooling, connected to the gas wind tunnel of the centrifugal blower, it is sent from the gas wind tunnel And a reversing wind tunnel for flowing the cooling gas into the main gas cooler .
このように冷却ガスを遠心送風機により循環する構成にしたことにより、遠心送風機の軸方向前後に設ける空間が短くなり、従来の軸方向に流出する冷却ファンを使用した場合よりも回転軸が短くなり、回転電機の小型化が実現できる。 As described above, the cooling gas is circulated by the centrifugal blower, so that the space provided before and after the axial direction of the centrifugal blower is shortened, and the rotation axis is shorter than the case of using a conventional cooling fan that flows out in the axial direction. Therefore, it is possible to reduce the size of the rotating electrical machine.
実施の形態1.
実施の形態1の回転電機の構成を図1に示す。図1は回転電機の回転軸中心より上部を断面で示した半断面図である。
この回転電機は、固定子10と、固定子10の内径部に配置された回転子20と、固定子10の外周部を囲い冷却ガスを封入したケーシング25と、ケーシング25内に冷却ガスを循環させる遠心送風機30と、冷却ガスを冷却する冷却ガス冷却器35とで構成している。
Embodiment 1 FIG.
The configuration of the rotating electrical machine of the first embodiment is shown in FIG. FIG. 1 is a half cross-sectional view showing the upper part of the rotating electric machine from the center of the rotating shaft.
The rotating electrical machine includes a
固定子10は、固定子鉄心11が軸方向に所定の間隔で冷却ガス通路11aを設けた状態に積層され、固定子鉄心11の内周部のスロットに固定子コイル12が挿入された構成である。
回転子20は、固定子10の内周部にガス間隙Dが確保できる外径に製作され、回転軸21と磁極を形成する回転子鉄心と回転子コイルが挿入された回転子鉄心部22とで構成し、回転子鉄心部22の内部には図示していないが冷却ガスの通路を設け、両端部で軸受23により回転自在に支持している。
固定子10の両端部には、端部ガス空間仕切手段15で囲い、端部ガス空間Cを形成している。
The
The
An end gas space C is formed at both ends of the
回転軸21両端部の端部ガス空間仕切手段15の軸受側の位置に装着した遠心ファン31と、この遠心ファン31の周囲を囲い、端部ガス空間仕切手段15の軸受側に配置し、冷却ガスが外周方向に流出するガス風洞32とで遠心送風機30を構成し、回転子20が回転することにより、遠心ファン31が回転して冷却ガスに動圧を与える。
A
循環する冷却ガスの冷却する主ガス冷却器35は、端部ガス空間仕切り手段15の外周部軸受23側に配置し、遠心送風機30のガス風洞32から送出される冷却ガスが固定子10の外周側から主ガス冷却器35に流入するように反転風洞36により接続している。
冷却ガスは、主ガス冷却器35に冷却水等の冷却媒体を循環させることにより熱交換されて冷却される。
The
The cooling gas is cooled by heat exchange by circulating a cooling medium such as cooling water through the
回転電機内に封入されている冷却ガスは、回転子20が回転することで遠心送風機30によって軸心側から外周方向に送出され、ガス風洞内ガス通路Aから反転風洞36の反転空間Bで反転して主ガス冷却器35に送られ、端部ガス空間Cに送出され、回転子20の冷却通路と、固定子10内径部と回転子20の外径部との間のガス間隙Dとに流入し、固定子10の冷却ガス通路11aを通過して固定子外周空間Eに送出され、固定子外周部空間Eで両端側に分かれて冷却ガス帰還通路Fを通り、遠心送風機30の軸心側に帰還する循環経路で循環する。
The cooling gas sealed in the rotating electrical machine is sent from the axial center side to the outer circumferential direction by the
回転電機をこのように構成したことにより、冷却ガスを循環させる遠心送風機30は、冷却ガスが軸心側から吸気して外周方向に送出し、ガス風洞32から主ガス冷却器35に流入し、遠心送風機30の軸方向には空間を必要としないので、回転子11の軸方向長さを短くすることができる。
By configuring the rotating electrical machine in this way, the
実施の形態2.
実施の形態1では、冷却ガスを冷却する主ガス冷却器35を端部ガス空間形成手段15の軸受23側外周部に配置した構成としたが、実施の形態2は、実施の形態1の固定子10の外周部にも補助冷却器42を設けたものである。
実施の形態2の構成図を図2に示す。図2は図1と同様に回転電機の回転軸中心より上部を断面で示した半断面図である。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the
A configuration diagram of the second embodiment is shown in FIG. FIG. 2 is a half cross-sectional view showing the upper part from the center of the rotating shaft of the rotating electrical machine in the same manner as FIG.
図2において、固定子10は、固定子鉄心11が所定の間隔で冷却ガス通路11aを設けた状態に積層し、固定子鉄心11の内周部に設けられたスロットに固定子コイル12が挿入された構成である。回転子20は、固定子10の内周部にガス間隙Dが確保できる外径で、回転軸21と磁極を形成する回転子鉄心と回転子コイルが挿入された回転子鉄心部22とで構成し、回転子鉄心部22の内部には冷却ガスの通路が設けられ、両端部で軸受23により回転自在に支持された構成である。固定子10の両端部を端部ガス空間仕切手段15で囲い、端部ガス空間Cを形成した構成、回転軸21両端部の端部ガス空間仕切手段15の軸受23側の位置に装着した遠心ファン31と、この遠心ファン31の周囲を囲い、端部ガス空間仕切手段15の軸受側に配置したガス風洞32とで遠心送風機30を構成した点は実施の形態1の図1と同一である。
図1とは、固定子10外周部に冷却ガス集合筒41を設け、この部分に補助ガス冷却器42を付加した点が相違している。
In FIG. 2, the
This embodiment is different from FIG. 1 in that a cooling
このように固定子10の外周部に補助ガス冷却器42を付加すると、冷却性能が向上し、必要な冷却容量が主ガス冷却器35と補助ガス冷却器42に分担させることで主ガス冷却器35の寸法が小さくなり、ケーシング25の外径を小さくすることが可能となる。従って実施の形態1に比較してケーシング25の外径が小さくなり、回転電機の寸法がさらに小型化できる。
When the
実施の形態3.
実施の形態1および実施の形態2では、冷却ガスを循環させる遠心送風機30の通風ダクト32は1方向の場合について示したが、冷却された冷却ガスの固定子10と回転子のガス間隙Dへ流入する循環経路が一経路のみであると、固定子10の冷却ガス通路11aへの冷却ガス流量の偏りがあり、冷却効率があまりよくない。
Embodiment 3 FIG.
In the first embodiment and the second embodiment, the
実施の形態3は、固定子10と回転子20の間のガス間隙Dに流入する冷却ガスの流入量を均一化にするように、遠心送風機30から送出する冷却ガスが少なくとも2方向に送出されるガス風洞とし、固定子10と回転子20の間のガス間隙へは複数の方向から流入するように構成したものである。
In the third embodiment, the cooling gas sent from the
図3に冷却ガスを例えば3方向に送出する構成とした場合の遠心送風機の正面図を図3に示す。この遠心送風機50は、回転軸21に装着された遠心ファン51と、遠心ファン51の周囲を囲い3方に冷却ガスを送出する冷却ガス送出風洞52を備え、図1に示した端部空間仕切手段15の軸受23側に配置したガス風洞52とからなり、冷却ガス送出風洞52の各冷却ガス送出口をそれぞれ主ガス冷却器35に接続している。
回転電機の構成は実施の形態1の図1および実施の形態2の図2の構成と同一である。
FIG. 3 shows a front view of the centrifugal blower in the case where the cooling gas is sent in, for example, three directions. The centrifugal blower 50 includes a centrifugal fan 51 mounted on the
The configuration of the rotating electrical machine is the same as the configuration of FIG. 1 of the first embodiment and FIG. 2 of the second embodiment.
このように冷却ガスを複数の方向に送出する遠心送風機50を使用すると、回転電機の固定子10の内径と回転子20の外径との間のガス間隙Dには少なくとも2方向から流入するので、冷却ガスは、固定子10と回転子20の間のガス間隙Dから固定子10の冷却ガス通路11aにほぼ均一な流量で流入させることができ固定子10内部がほぼ均一に冷却される。
図3の構成は冷却ガスの送出方向が2方向または4方向としてもよい。
When the centrifugal blower 50 that sends the cooling gas in a plurality of directions is used in this way, it flows into the gas gap D between the inner diameter of the
In the configuration of FIG. 3, the cooling gas delivery direction may be two or four directions.
10 固定子、11 固定子鉄心、11a 冷却ガス通路、12 固定子コイル、
15 端部ガス空間仕切手段、20 回転軸、22 回転子鉄心部、23 軸受、
25 ケーシング、30 遠心送風機、31 遠心ファン、32 ガス風洞、
35 主ガス冷却器、36 反転風洞、41 ガス集合筒、42 補助ガス冷却器、
50 遠心送風機、51 遠心ファン、52 ガス風洞。
10 Stator, 11 Stator core, 11a Cooling gas passage, 12 Stator coil,
15 end gas space partitioning means, 20 rotating shaft, 22 rotor core, 23 bearing,
25 Casing, 30 Centrifugal blower, 31 Centrifugal fan, 32 Gas wind tunnel,
35 main gas cooler, 36 reversing wind tunnel, 41 gas collecting cylinder, 42 auxiliary gas cooler,
50 Centrifugal blower, 51 Centrifugal fan, 52 Gas wind tunnel.
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