JP4640681B2 - Rotating electric machine - Google Patents
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Description
本発明は回転電機の機内通風冷却構造の改善に係り、特に固定子コイルの均一な冷却構造に関する。 The present invention relates to an improvement of an in-machine ventilation cooling structure of a rotating electrical machine, and more particularly to a uniform cooling structure of a stator coil.
直流機、同期機、誘導機などの回転電機は、構造面では回転子と固定子とから構成されており、機能面では電磁誘導原理を利用して、電気エネルギーと機械エネルギー(回転エネルギー)の相互変換を行うものである。回転電機を運転すると、鉄損、銅損、機械損、風損などの損失が発生し、この損失の大部分は熱エネルギーに変換されて機器の温度上昇を招く。回転電機内部には絶縁物が使用されており、この絶縁物が熱によって変化し、温度が高いほど絶縁性能は悪くなり寿命が短くなる。絶縁物が劣化すると、焼損や短絡事故の発生が高くなるので回転電機における温度上昇は重要なポイントである。したがって規格でも許容最高温度・温度上昇限度が規定されている。なお、この許容最高温度・温度上昇限度は絶縁物の構成材料によって決まる絶縁階級によって異なる。一般にいわゆる7℃の法則と言われるように、各主絶縁材料の使用温度が7〜10℃上昇するごとにその寿命は半減すると言われている。 Rotating electrical machines such as DC machines, synchronous machines, and induction machines are composed of a rotor and a stator in terms of structure, and in terms of functions, using electromagnetic induction principles, electrical energy and mechanical energy (rotational energy) Mutual conversion is performed. When a rotating electrical machine is operated, losses such as iron loss, copper loss, mechanical loss, and windage loss occur, and most of this loss is converted into thermal energy, leading to an increase in the temperature of the device. An insulator is used inside the rotating electrical machine. This insulator changes due to heat, and the higher the temperature, the worse the insulation performance and the shorter the life. When the insulator deteriorates, the occurrence of burnout and short-circuit accidents increases, so the temperature rise in the rotating electrical machine is an important point. Therefore, the standard also defines the maximum allowable temperature and temperature rise limit. The allowable maximum temperature and the temperature rise limit vary depending on the insulation class determined by the constituent material of the insulator. It is said that the lifetime is halved every time the operating temperature of each main insulating material rises by 7 to 10 ° C., as generally called the so-called 7 ° C. law.
そのため回転電機では内部に冷却ファンを設け、このファンによって強制通風して冷却する方法が採用され、開放形のように回転電機の外部から空気を取り入れ、この空気を回転電機内部に循環させて冷却後の空気を回転電機の外部に排出する方式、全閉外扇形のように内部の空気と外部の空気を遮断し、回転電機のフレームをファン等により機械的に強制通風して外部から冷却する方式、あるいは冷却媒体を冷却機もしくは熱交換器によって冷却する内冷形など種々の方式が実用化されている。この場合、効果的に冷却するために電気鉄板を積層して回転子及び固定子を製作する際に、ある一定の間隔で通風用のダクトを設けて鉄心及び鉄心内のコイルを冷却する構造としている。 For this reason, a rotating fan is provided with a cooling fan inside, and forced to ventilate and cool by this fan. Air is taken from outside the rotating electric machine as in the open type, and this air is circulated inside the rotating electric machine for cooling. A method of discharging the air after the outside of the rotating electrical machine, a system that shuts off the internal air and the external air like a fully closed external fan, and cools the frame of the rotating electrical machine mechanically with a fan etc. Various systems such as an internal cooling type in which a cooling medium is cooled by a cooler or a heat exchanger have been put into practical use. In this case, when manufacturing rotors and stators by stacking electric iron plates for effective cooling, a structure for cooling the iron core and the coils in the iron core by providing ventilation ducts at certain intervals Yes.
しかし、これらの従来の冷却方式は回転子及び固定子に冷却媒体をファンによって通風し熱を取り去ることで冷却することに終始して、より効率的に冷却することまでは着目していない。すなわち、一例として従来から使用されている同期発電機の冷却構造を図9、図10−1、図10−2及び図11に基いて説明する。図9は従来の両吸い込み通風形同期発電機を簡略化した構成図であり、軸中心から上部の断面を示している。図10−1は従来の同期発電機の固定子鉄心を通過する冷却媒体の通風量の分布、及び図10−2は固定子コイルの温度分布を示す曲線図である。図11は数千kW〜数万kW程度の中容量同期発電機の軸方向断面図の一例である。 However, these conventional cooling systems do not pay attention to cooling more efficiently, starting with cooling by passing a cooling medium through the fan and removing heat from the rotor and stator. That is, the cooling structure of the synchronous generator conventionally used as an example is demonstrated based on FIG. 9, FIG. 10-1, FIG. 10-2, and FIG. FIG. 9 is a schematic view of a conventional double-suction ventilation type synchronous generator, showing a cross section from the center to the upper part. FIG. 10-1 is a curve diagram showing the distribution of the air flow rate of the cooling medium passing through the stator core of the conventional synchronous generator, and FIG. 10-2 is a curve diagram showing the temperature distribution of the stator coil. FIG. 11 is an example of an axial sectional view of a medium capacity synchronous generator of about several thousand kW to several tens of thousands kW.
図9の左右はほぼ対称であるから、説明を簡単にするために右側部分について説明する。 Since the left and right sides of FIG. 9 are substantially symmetric, the right part will be described for the sake of simplicity.
吸入ファン1によって吸気口2から吸入された冷却媒体3は、回転子4の軸方向通風部5に流入し、回転子4を冷却する。回転子4を冷却した冷却媒体3は固定子の自己通風遠心ファン効果により、固定子フレーム14に取り付けられた固定子6に軸に対して直角の方向に吹き付けられる。この冷却媒体3は固定子6の鉄心に或る間隔で設けられた通風ダクト7を通って固定子6に発生した熱量を奪い去り冷却する。
The
この構造では図11の中央部軸方向断面図に於いて、シャフト11の軸方向に冷却媒体3が軸方向通風部5に沿って吹き付けられるが、シャフト11に取り付けられた回転子スパイダー4−1に設けられた例えば凸形の回転子磁極4−2の間の軸方向通風部5を通って回転子磁極4−2を冷却する。上述したように、冷却媒体3は回転子磁極4−2を冷却した後、固定子6に吹きつけられ、図11では図示していないが図9の固定子通風ダクト7を経て固定子6を冷却して温度が上昇している冷却媒体3は、固定子6の鉄心の外周部に排出される。また全閉形回転電機では固定子フレーム14が円周部全体に取り付けられているので、固定子から排出された上記冷却媒体3は固定子6の鉄心とフレーム14との間隙を通って吸気口2へと循環する。開放形回転電機にあっては、この冷却媒体は排気口2’から外部に排気される。
In this structure, the
しかし、回転子4に対して流れる冷却媒体の量は、遠心ファン効果により軸方向に進んで中央部に近づくにつれて減少する。これは図10−1に示すように固定子通風ダクトを通過する冷却媒体3の通風量分布が中央部近辺で少なく、端部で多くなる。一方、固定子コイル8のコイルエンド9では必要以上の冷却媒体量で冷却されている。すなわち図10−2に示すように、固定子6の中央部では冷却媒体量が少ないため固定子コイルの温度は比較的高くなるが、端部では冷却媒体量が多いために温度は低くなる。換言すれば固定子コイルはその場所によって高温、中温、低温という不連続な温度分布となっている。
However, the amount of the cooling medium flowing with respect to the
この通風量のバランスを図り固定子コイル8の温度上昇を均一にするために、100MWクラスの大型ターボ発電機では、例えば特許文献1の例に示されているように、固定子通風ダクトを軸方向中央部では数多く設け、端部では数を少なくして中央部により多くの冷却媒体を通過させるようにする方法、あるいは通風ダクトの幅を中央部ほど広くして端部に行くにつれて狭くした通風ダクトを設けるなどで固定子コイル中央部の温度上昇を抑える方法が開示されている。また、特許文献2では、固定子フレームと固定子鉄心との間に周方向に連続した通風路を軸方向に複数設け、これらの通風路のうち少なくとも鉄心の軸方向中央部と連通する通風路に対応して冷却器を設置して、冷却された媒体を鉄心の軸方向中央部に鉄心の外周側から内周側に向かって流す方法が開示されている。
In order to balance this air flow rate and make the temperature rise of the
上述のように、回転電機では固定子コイル8に温度分布が生ずるため、固定子コイル8は軸方向位置に対して熱膨張が不均一になり、コイルの絶縁物にストレスが生じ、また亀裂や絶縁破壊が発生することがある。また固定子コイル8中央部の最高温度箇所を適正温度に冷却するためには吸入ファン1の容量を、コイル8の温度を規定温度以下に冷却するのに十分な容量とすればよいが、その場合には通風量が多くなり、中央部以外の固定子コイル8では必要以上の通風量となり、また吸入ファン1の容量も大きくなって、回転電機の総合効率にも影響を及ぼすことになる。
As described above, since the temperature distribution is generated in the
さらに特許文献1の通風ダクトを位置により粗密にしたり、或いはダクト幅を粗密にする方法は非常に有効ではあるが、比較的大量生産する中小型機においては固定子鉄心の枚数違い、中央部と端部との取り違いなど製作工程上複雑となり、製作時間が余計に必要となるなどの問題点が発生する。また特許文献1のように、別に冷却機を設けて中央部のみ冷却を促進する方法は、固定子6の外周部の通風ダクトの構造が複雑となり、中小型機では採用することは難しい。
Furthermore, although the method of making the ventilation duct of Patent Document 1 coarse or dense depending on the position or making the duct width dense is very effective, in a small and medium-sized machine that is relatively mass-produced, the number of stator cores differs, The manufacturing process, such as misalignment with the end, becomes complicated, and problems such as extra manufacturing time are required. In addition, as in Patent Document 1, a method of separately providing a cooler and promoting cooling only at the center part complicates the structure of the ventilation duct on the outer peripheral part of the
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、図11の固定子6の鉄心と固定子フレーム14との間隙部分に、固定子鉄心の外周部側に鉄心端部では狭い間隔、鉄心中央部では広い間隔とした抵抗板を設置することにより、固定子ダクトを通過する冷却媒体を軸方向に対して均一化して、回転電機の固定子コイルを均一に冷却し、且つ製作が容易で高効率の回転電機を提供することを目的とする。
本発明は上記の目的を達成するために、固定子と、回転子と、この回転子の両軸端に設けられた軸流ファンと、この軸流ファンにより吸入した冷却媒体を前記回転子の軸方向通風部に流して、前記回転子の自己通風遠心ファン効果によって回転子を冷却した冷却媒体を前記固定子の通風ダクトに流して、固定子通風ダクトの外周部に吐出する通風システムとからなる回転電機において、前記固定子の外周部に、固定子端部では固定子に近接して、固定子中央部近傍では固定子と離れた位置に一体形の固定子通風ダクト押えを取り付ける構造にある。 In order to achieve the above object, the present invention provides a stator, a rotor, an axial fan provided at both axial ends of the rotor, and a cooling medium sucked by the axial fan. A cooling medium that flows through the axial ventilation section, cools the rotor by the self-ventilated centrifugal fan effect of the rotor, flows through the stator ventilation duct, and discharges the cooling medium to the outer periphery of the stator ventilation duct; In the rotating electrical machine, an integrated stator ventilation duct presser is attached to the outer periphery of the stator, close to the stator at the stator end, and away from the stator near the center of the stator. is there.
さらに、固定子通風ダクト押えの中央部近傍をダクトと平行になるように外周側へ延長し、その間に1枚または複数枚の整流板を設ける構造、固定子フレームを固定子鉄心の外周部に軸方向とほぼ直角に突き出させ、その間に1枚または複数枚の整流板を設ける構造、あるいは固定子通風ダクト押えの代わりに、固定子フレームを固定子の外周部に向かって突出させる構造などによって通風抵抗を変化するようにし、前記固定子通風ダクトを通過する冷却媒体の流量を一定にして固定子コイルを効率的に冷却すると共に、前記ファンの容量を小さくすることで冷却媒体の流量を必要最小限に最適化することを特徴とした回転電機である。 Furthermore, a structure in which the vicinity of the center portion of the stator ventilation duct presser is extended to the outer peripheral side so as to be parallel to the duct, and one or more current plates are provided therebetween, and the stator frame is provided on the outer peripheral portion of the stator core. Protruding almost perpendicularly to the axial direction and providing one or more rectifying plates between them, or using a structure in which the stator frame protrudes toward the outer periphery of the stator instead of the stator ventilation duct holder Ventilation resistance is changed, the flow rate of the cooling medium passing through the stator ventilation duct is kept constant, the stator coil is efficiently cooled, and the capacity of the fan is reduced, so that the cooling medium flow rate is required. It is a rotating electrical machine characterized by being optimized to the minimum.
本発明では固定子ダクトを通過する冷却媒体の通風抵抗を軸方向中央部で小さくし、端部で大きくするために、固定子通風ダクト押さえを新規に設け、その形状と構造を考慮することにより、固定子通風ダクトを通過する流量を均一にすることが可能であり、或いは固定子通風ダクト押さえを使用しなくても固定子通風ダクトの吐出側にある固定子フレームを固定子通風ダクトの位置に応じて調整することによって、固定子通風ダクトを通過する冷却媒体の通風量をほぼ均一化することが可能になる。その結果として、固定子コイルの温度が最も高くなる中央部付近を、余裕を以って冷却することが可能となり、逆に中央部付近を冷却するための必要十分な通風量に減少させることができるため、軸の両端部に設ける軸流ファンを小型化することが可能である。さらに固定子通風ダクトを設けることや、固定子フレームを切り欠くことは難しい作業ではないので、本発明によれば高効率で複雑化しない回転電機を供給できる。この発明は回転電機の機種の如何にかかわらず、開放形、全閉形、自冷形、他冷形構造に適用できる利点がある。 In the present invention, in order to reduce the ventilation resistance of the cooling medium passing through the stator duct at the center in the axial direction and increase it at the end, a stator ventilation duct holder is newly provided, and the shape and structure thereof are taken into consideration. It is possible to make the flow rate through the stator ventilation duct uniform, or the stator frame on the discharge side of the stator ventilation duct can be positioned on the stator ventilation duct without using the stator ventilation duct holder. By adjusting according to this, it becomes possible to make the ventilation amount of the cooling medium passing through the stator ventilation duct substantially uniform. As a result, it becomes possible to cool the vicinity of the central portion where the temperature of the stator coil is highest with a margin, and conversely, it is possible to reduce the ventilation rate to a necessary and sufficient amount for cooling the vicinity of the central portion. Therefore, it is possible to reduce the size of the axial fan provided at both ends of the shaft. Furthermore, providing a stator ventilation duct and notching the stator frame are not difficult operations. Therefore, according to the present invention, it is possible to supply a rotating electric machine that is highly efficient and not complicated. The present invention has an advantage that it can be applied to an open type, a fully closed type, a self-cooling type, and other cooling type structures regardless of the type of rotating electrical machine.
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態1)
同期機は周知のように主に固定子と回転子とから構成され、外部から固定子に電源が与えられると固定子コイルではその電源により回転磁界を発生する。また回転子では直流により励磁されると磁極が発生し、相互の電磁作用によって回転子は回転して外部に回転エネルギーを供給する電動機となる。また反対に外部から回転エネルギーが与えられ、且つ回転子側が直流で励磁されると、その磁力で固定子側に電力を発生する発電機となる。同機器は2極機のように高速機器では回転子構造は円筒形となり、4極以上の中・低速機では凸極形が多い。
(Embodiment 1)
As is well known, the synchronous machine is mainly composed of a stator and a rotor. When power is supplied to the stator from the outside, the stator coil generates a rotating magnetic field by the power. When the rotor is excited by direct current, a magnetic pole is generated, and the rotor rotates by the mutual electromagnetic action to become an electric motor that supplies rotational energy to the outside. On the other hand, when rotational energy is applied from the outside and the rotor side is excited with a direct current, the generator generates electric power on the stator side by the magnetic force. In the case of high-speed equipment, such as a 2-pole machine, the rotor structure is cylindrical.
図1は本発明の実施形態1の両吸い込み通風形回転電機、特に凸極形同期機を簡略化した構成を示したものであり、軸中心から上部の断面を示している。凸極形同期機は図9に示したように、シャフト11の上に回転子スパイダー4−1を介して極数分の磁極4−2が取り付けられており、回転電機外部または内部の図示しない別の電源から直流を供給されて磁極を構成する。一方、固定子側には多数のスロットがあって、この内部に絶縁物で厳格に絶縁されたコイルが収められており、この固定子コイル5から発生する熱量を冷却するための通風ダクト7が固定子6に設けられている。
FIG. 1 shows a simplified configuration of a double-suction ventilating rotary electric machine according to Embodiment 1 of the present invention, particularly a convex-polar synchronous machine, and shows a cross section from the center of the shaft to the upper part. As shown in FIG. 9, the convex pole type synchronous machine has poles 4-2 corresponding to the number of poles attached to the
図1の左右はほぼ対称であるから、簡単のために右側部分について説明する。軸流の吸入ファン1によって吸気口2から吸入された冷却媒体3は、回転子4の磁極間の軸方向通風部5に流れて行き、回転子4を冷却する。また回転子4の自己通風遠心ファン効果によっても回転子4を冷却しており、固定子フレーム14に取り付けられた固定子6の鉄心に、遠心力により軸に対して直角方向に吹き付けられる。一方固定子フレーム14に図1に示す形状の通風ダクト押え10を取り付けるものとする。前記の固定子表面に到達した冷却媒体は通風ダクト7を通って図1の上部方向に流れるが、このとき端部の固定子通風ダクトを通過する冷却媒体3−1は通風ダクト押え10に遮られるため通風抵抗が大きくなり、その通風量が少なくなる。ここで減少した通風量は軸方向中央部に押し出されるため、短部よりやや中央寄りの固定子通風ダクト7を通過する冷却媒体3−2の通風量が増加する。しかし、この冷却媒体3−2も固定子通風ダクトを通過して固定子6の背面へ抜けようとするが、固定子ダクト押え10に遮られるため通風抵抗が大になり、従って通風量が減少する。しかし、固定子通風ダクト押え10と固定子通風ダクト7との間隔は端部における両者の間隔より広いためその通風抵抗は端部より小さく、従って通風量は冷却媒体3−1の場合より多くなる。冷却媒体3−2が固定子通風ダクト7を通過する際に減少した通風量も軸方向中央部に押し出されるが、軸中央部の固定子ダクト7を通る冷却媒体3−3の通風損失は図1の通風ダクト押えの形状から明らかなように上記冷却媒体3−2より小さくなり、通風量が多くなる。すなわち従来方式では、冷却媒体3の通風量が一定であるから、通風ダクト押えの形状を適宜製作することにより、各通風ダクト7を通過する冷却媒体3−1、3−2、3−3はほぼ同じ通過量となる。
Since the left and right sides in FIG. 1 are substantially symmetrical, the right side portion will be described for the sake of simplicity. The cooling medium 3 sucked from the
この通風量の分布を示す図2−1で更に詳しく説明する。すなわち図2−1で(1)の曲線は従来方式の場合の冷却媒体通過量を示したものであり、固定子中央部では上記の通り通風量が少なくなる。その結果として、固定子温度は図2−2の従来方式の固定子温度分布を示す曲線(1’)のように、軸方向中央部付近では冷却媒体の通過する量が少ないため、固定子コイル8は最も高い温度となり、通風量が多い端部では冷却媒体の通過量がより多いため、固定子コイル8の温度は低い。
This will be described in more detail with reference to FIG. That is, the curve (1) in FIG. 2-1 shows the cooling medium passage amount in the case of the conventional method, and the ventilation amount decreases as described above at the center of the stator. As a result, the stator coil has a small amount of cooling medium passing near the central portion in the axial direction as shown in the curve (1 ′) showing the stator temperature distribution of the conventional system in FIG. 8 is the highest temperature, and at the end portion where the air flow rate is large, the passage amount of the cooling medium is larger, so the temperature of the
図2−1の曲線(2)は本発明の実施形態1による通風量を示す曲線であって、冷却媒体3−1、3−2、3−3がほぼ同じ通過量となっており、固定子全体に亘って均一となっている。その結果、図2−2の実施形態1の固定子温度分布を示す曲線(2’)のように、固定子温度がほぼ全体に亘って一定である。しかし、従来方式では軸方向中央部の最小通風量でも中央部の固定子コイル8の温度が規定温度を超えないように通風量を決定する必要があるが、本発明の実施形態1によれば、同容量の吸気ファンでは冷却能力に余裕がある。一般に軸方向中央部の通風量により必要とする冷却媒体3の量が決まり、比較的大型の吸気ファンが使用されていたのである。本発明では通風ダクト押え10により通過する通風量を均一化するが、この均一化の原理を図3でさらに説明する。図3は横軸に通風量[m3/sec]、縦軸に圧力[mmAq]/通風抵抗[mmAq]を取って、必要風量を求める曲線図である。いま図9に示す従来構造での通風量に対する通風抵抗曲線をA、そのときのファンの圧力曲線をCとすると、固定子通風ダクトに流れる必要最低通風量はA曲線とC曲線との交点で定まるから、e[m3/sec]となる。しかるに本発明の構造にすると、固定子ダクト押え10を配置してあるため、通風抵抗が大きくなり圧力曲線はA曲線からB曲線となるので、必要最小通風量はA曲線とC曲線との交点で定まるf[m3/sec]まで減少する。この場合の風量が図2−1の(2)で示す均一化された通風量となる。
A curve (2) in FIG. 2-1 is a curve showing the air flow rate according to the first embodiment of the present invention, and the cooling media 3-1, 3-2, and 3-3 have substantially the same passing amount, and are fixed. It is uniform over the entire child. As a result, like the curve (2 ′) showing the stator temperature distribution of the embodiment 1 in FIG. 2-2, the stator temperature is substantially constant throughout. However, in the conventional method, it is necessary to determine the ventilation amount so that the temperature of the
本発明では、通風量は軸方向に対して均一化されているため、図2−2の(2’)に示すように軸中央部の固定子コイルの温度は規定温度最高値以下であるが、この固定子温度を規定温度にほぼ等しい値まで上昇させ、且つ軸方向全体に亘って必要最低風量が確保できれば、吸入ファンをより小型にすることが可能となる。すなわち図3において、小型化したファンの圧力曲線をD曲線とすると、B曲線とD曲線の交点により決まる風量g[m3/sec]が絶縁物の劣化を防ぐ必要最小風量となる。 In the present invention, since the air flow rate is made uniform in the axial direction, the temperature of the stator coil at the center of the shaft is not more than the specified maximum temperature as shown in (2 ′) of FIG. If the stator temperature is increased to a value substantially equal to the specified temperature and the necessary minimum air volume can be secured over the entire axial direction, the suction fan can be made smaller. That is, in FIG. 3, when the pressure curve of the downsized fan is a D curve, the air volume g [m 3 / sec] determined by the intersection of the B curve and the D curve is the minimum necessary air volume to prevent the deterioration of the insulator.
従って本発明の構造では固定子コイルの温度も軸方向に対し規定温度で均一化され、従来構造のようにコイルエンド9の過剰冷却は発生しない。しかもファンを小さくすることが可能であり、回転電機の効率が増加する。この場合の通風量を図2−1のファンを小型化した場合の通風量曲線(3)に示す。また、その結果としての固定子コイル温度は図2−2の曲線(3’)で示される。
Therefore, in the structure of the present invention, the temperature of the stator coil is also made uniform at a specified temperature with respect to the axial direction, and the
すなわち本発明によれば、固定子通風ダクト押え10を設けることにより、固定子コイルを均一に冷却することが可能となり、かつ吸入ファンを最適設計となる小型化が可能になるので、より効率が高い回転電機を提供することができる。
That is, according to the present invention, by providing the stator
(実施形態2)
次に本発明の実施形態2を、実施形態1を示す図1と同一部分に同一符号を付した図4に基いて説明する。図4の実施形態2が図1の実施形態1と異なる点は、固定子通風ダクト押え10の中央部近傍に固定子通風ダクト12を固定子通風ダクト7と平行になるように外周部へ延長し、且つ整流板13をその間に設けている点である。したがって排気の際の通風抵抗が小さくなり通風量が増加するので、固定子コイル8の中央部近辺の冷却効果をより高めると共に、吸入ファンによる機械損が更に減少して、回転電機の効率を更に高めることがその特徴となっている。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described based on FIG. 4 in which the same reference numerals are given to the same parts as those in FIG. The second embodiment of FIG. 4 is different from the first embodiment of FIG. 1 in that the
従って本発明の実施形態1と比べて、固定子コイル8の中央部近辺を特に効率よく冷却すると共に、固定子コイル全体をより均一に冷却するため、なお一層の高効率化が可能な回転電機を提供することができる。
Therefore, compared with the first embodiment of the present invention, the vicinity of the center portion of the
(実施形態3)
実施形態3を示す図1と同一部分を同一符号で示す図5は、本発明の実施形態3の両吸込み通風形回転電機の主要部を示す構成図である。実施形態3では実施形態1を示す図1のように、固定子通風ダクト押え10を設けずに図5に示すように固定子フレーム15を固定子6の鉄心中央部で切り欠いた構造としている。この実施形態3では、吸入ファン1により吸気口2から吸入された冷却媒体3は回転子の軸方向通風部5の方に流れて行き、回転子4を冷却する。また回転子4の自己通風遠心ファン効果によっても回転子4を冷却した後に、固定子6の鉄心へ軸に対して直角方向に吹き付けられる。このとき端部の固定子通風ダクト7を通過する冷却媒体3−1は、固定子通風ダクトを通って固定子6の鉄心の背面側に抜けようとするが、固定子フレーム15に遮られるため通風抵抗が大きくなり、その通風量が少なくなる。ここで減少した通風量は軸方向に押し出されるため、端部よりやや中央寄りの固定子通風ダクト7を通る冷却媒体3−2の通風量の方が多くなる。しかしこの冷却媒体3−2も固定子通風ダクト7を通って固定子鉄心の背部に抜けようとするが、固定子フレーム15に部分的に遮られ、通風抵抗が大きくなって通風量がやや減少する。ここで減少した通風量も軸方向中央部に押し出されるため、中央寄りの固定子ダクトを通る冷却媒体3−3の通風量が多くなり、冷却媒体3−1、3−2、3−3はほぼ同じ通風量となる。
(Embodiment 3)
5 which shows the same part as FIG. 1 which shows
しかし、実施形態1の固定子通風ダクト押え10と、実施形態3の固定子フレーム15とを比較すると、図1の固定子通風ダクト押え10と通風ダクトの間隔は端部では狭く、中央部で広くなっているため通風抵抗はほぼ連続的に変化するのに対し、実施形態3では固定子フレーム15と固定子通風ダクト7との間隔は一定であり、中央部では固定子フレーム15がないため通風抵抗は不連続である。図6−2において、曲線(1)は従来方式、(3)は実施形態1と同様に吸入ファンを小型化した場合の温度分布を示している。そのため固定子通風冷却媒体の通風量は、図6−1の(3)曲線に示すように完全には均一化されていないが、従来方式に比べればある程度均一化されている。その結果としての固定子コイル8の温度は図6−2の(3’)曲線に示すように軸方向中央部では規定最高温度より低く、固定子通風ダクト押え10が無くても実施形態1とほぼ同様の効果が得られる。
However, comparing the stator
実施形態3によれば、固定子通風ダクト押え10を省略し、固定子フレーム15を固定子6の中央部を切り欠くことにより、ほぼ同様の効果が得られるので、ファン1の小型化による高効率性、経済性、製作の容易性などの特徴を有する回転電機を提供することができる。
According to the third embodiment, since the stator
(実施形態4)
実施形態2を示す図4と同一部分を同一符号で示す図7は、本発明の実施形態4の両吸い込み通風形回転電機、特に凸極形同期機を簡略化した構成の主要部を示す構成図である。実施形態4が実施形態2と異なる点は、図4の固定子通風ダクト12を図7のように固定子フレーム17の中央部付近で固定子通風ダクト7と平行になるよう外周部へ延長しており、その間に整流板13を設けている点である。従って実施形態4は、実施形態1と実施形態3の両方の特性を有し、実施形態3を改良した実施形態である。実施形態3では通風量が完全に均一ではないが、実施形態1とほぼ同じ効果が得られる。
(Embodiment 4)
7 showing the same parts as in FIG. 4 showing the second embodiment is a configuration showing the main part of the simplified configuration of the double-suction ventilating rotary electric machine of the fourth embodiment of the present invention, in particular, the convex-pole synchronous machine. FIG. The fourth embodiment differs from the second embodiment in that the
(実施形態5)
次に本発明を全閉内冷形回転電機に適用した実施形態5を、図1と同一部分に同一符号で示した図8に基いて説明する。回転電機の設置場所の条件により、回転電機の外部から冷却媒体を吸入し、冷却した後の媒体を外部に流出することが難しい場合には、全閉形回転電機が使用されるが、特に中型以上の回転電機では内部循環冷却媒体を冷却するために回転電機内部もしくは外部に冷却機または熱交換器を設けた全閉内冷形、全閉管通風形が使用される。
(Embodiment 5)
Next, a fifth embodiment in which the present invention is applied to a fully-closed internally cooled rotating electric machine will be described with reference to FIG. If it is difficult to draw the cooling medium from the outside of the rotating electrical machine and flow the cooled medium out to the outside due to the conditions of the location of the rotating electrical machine, a fully enclosed rotating electrical machine is used. In order to cool the internal circulation cooling medium, a fully closed internal cooling type and a fully closed pipe ventilation type in which a cooler or a heat exchanger is provided inside or outside the rotary electric machine are used.
図8は固定子通風ダクト12に冷却機または熱交換器19を設け、通風ダクト7の外周部に吐出した冷却媒体3をこの冷却機19により冷却した後、連絡ダクトを経て吸気口2に導き吸入ファン1により再び回転子4及び固定子6に供給する。このように全閉内冷形回転電機では、機内連結ダクト18の形状を図1の実施形態1のような形状とすることにより、通風抵抗を連続的とすることが可能となり、通風ダクト7を通過する冷却媒体が均一化され、その結果として吸入ファン1を小型することが可能となり、高効率の回転電機を提供することができる。
In FIG. 8, a cooling device or
なお、上記では本発明の実施形態の説明を凸極形同期機を例にして説明したが、本発明は凸極形同期機に限られることはなく、固定子と回転子とから構成され、ファンを具備した回転電機はその機種、容量、形式の如何にかかわらず適用できることは勿論である。 In the above description, the embodiment of the present invention has been described by taking a salient-pole synchronous machine as an example, but the present invention is not limited to a salient-pole synchronous machine, and includes a stator and a rotor. Needless to say, a rotating electrical machine equipped with a fan can be applied regardless of its model, capacity, and type.
1 吸入ファン
2 吸気口、2’排気口、
3 冷却媒体、3−1 冷却媒体、3−2 冷却媒体、3−3 冷却媒体、
4 回転子、4−1 回転子スパイダー、4−2 回転子磁極、
5 軸方向通風部、
6 固定子、
7 固定子通風ダクト、
8 固定子コイル、
9 固定子コイルエンド、
10 固定子通風ダクト押え、
11 シャフト、
12 固定子通風ダクト、
13 整流板、
14 固定子フレーム、
15 固定子フレーム、
16 排気ダクト、
17 固定子フレーム、
18 連結ダクト、
19 冷却機または熱交換器、
20 リブ、
21 金網。
1
3 Cooling medium, 3-1 Cooling medium, 3-2 Cooling medium, 3-3 Cooling medium,
4 Rotor, 4-1 Rotor Spider, 4-2 Rotor magnetic pole,
5 Axial ventilation section,
6 Stator,
7 Stator ventilation duct,
8 Stator coil,
9 Stator coil end,
10 Stator ventilation duct presser,
11 shaft,
12 Stator ventilation duct,
13 Current plate,
14 Stator frame,
15 Stator frame,
16 Exhaust duct,
17 Stator frame,
18 connecting ducts,
19 Coolers or heat exchangers,
20 ribs,
21 Wire mesh.
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