JP5571107B2 - 回転電機の高圧ブッシング及び回転電機 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、回転電機の高圧ブッシング及び回転電機に関する。

一般に、タービン発電機などの回転電機においては、機内に水素ガスなどを封入し、これを冷却媒体として回転子、固定子鉄心、固定子コイル等の各部を冷却するように構成されている。

また、回転電機の固定子フレームには、これを貫通するように高圧ブッシングが設けられる。回転電機の固定子コイルは、接続導体を介して高圧ブッシングに結線されており、高圧ブッシングに備えられる中空接続導体を通じて電気出力を回転電機外部へと取り出せるようになっている。この高圧ブッシングは、中空接続導体に大電流が流れることにより発熱するため、機内から導入される冷却ガスを利用して冷却される。

特公昭６０−１６１８０号公報 特公平５−１７７８０号公報 特開平５−２０７７０１号公報

一般に、高圧ブッシングは、その構造上、中空接続導体の内周面側のみが冷却面とされている。中空接続導体の外周面側は、絶縁距離を保つための空間が確保され、碍子等の絶縁筒が設けられ、熱に弱いシール部なども設けられているが、冷却の効果がそこまで十分に及ばない。十分な冷却を行うためには、通電可能な電流値を小さくするか、あるいは導体断面積を拡大して高圧ブッシングを大型化しなければならず、決定的な解決策が無い。

発明が解決しようとする課題は、冷却効率を向上させることが可能な高圧ブッシング及び回転電機を提供することである。

実施形態によれば、冷却ガスを機内に封入した回転電機の固定子フレームを貫通して設けられる高圧ブッシングであって、機外側端部が封止され、機内の冷却ガスを機内側端部から導入する中空接続導体と、前記中空接続導体の内周側に第１の間隙をおいて設けられ、機内側へ冷却ガスを排出する通風管と、前記中空接続導体の外周側に第２の間隙をおいて設けられ、前記中空接続導体と前記固定子フレームとを電気的に絶縁させる絶縁筒とを具備し、少なくとも前記中空接続導体に連通孔を設けるとともに前記通風管に還流孔を設けることにより、冷却ガスが前記第１の間隙および前記第２の間隙の双方を流れ、前記通風管の内側を通って機内側へ排出されるように構成されたことを特徴とする高圧ブッシングが提供される。

第１〜第４の実施形態に共通する回転電機の構成の一例を示す縦断面図。 第１の実施形態に係る高圧ブッシングの構造および冷却ガス通風フローの一例を示す縦断面図。 図２中に示される中空接続導体１１の構造の一例を示す斜視図。 図３に示される中空接続導体１１の変形例を示す斜視図。 図２に示される高圧ブッシングの変形例を示す縦断面図。 図５中に示される複数の連通孔１１ａ，１１ｂの向きを説明するための図。 図２に示される高圧ブッシングの別の変形例を示す縦断面図。 図７中に示される邪魔板１２Ａ，１２Ｂなどの構造の一例を示す斜視図。 図２に示される高圧ブッシングの別の変形例を示す縦断面図。 図２に示される高圧ブッシングの別の変形例を示す縦断面図。 図２に示される高圧ブッシングの別の変形例を示す縦断面図。 図１１中に示される連通孔付き仕切り板１２Ｆ，１２Ｇなどの構造の一例を示す斜視図。 図１２中に示される連通孔付き仕切り板１２Ｆ，１２Ｇの構造の一例を示す平面図および側面図。 仕切り板の連通孔を通過する冷却ガスの旋回流Ｆを示す斜視図。 第２の実施形態に係る高圧ブッシングの構造および冷却ガス通風フローの一例を示す縦断面図。 図１５中に示される中空接続導体１１および接続導体支え１１Ｃの構造の一例を示す斜視図。 図１５中および図１６中に示される接続導体支え１１Ｃの構造の一例を示す平面図。 図１７に示される接続導体支え１１Ｃの変形例を示す平面図。 図１６に示される中空接続導体１１および接続導体支え１１Ｃの変形例を示す斜視図。 図１５に示される高圧ブッシングの変形例を示す縦断面図。 図２０中に示される中空接続導体１１および接続導体支え１１Ｃの変形例を示す斜視図。 図２０に示される高圧ブッシングの別の変形例を示す縦断面図。 図１５に示される高圧ブッシングの別の変形例を示す縦断面図。 図２３中に示される接続導体支え１１Ｃの構造の一例を示す側面図および平面図。 第３の実施形態に係る高圧ブッシングの構造および冷却ガス通風フローの一例を示す縦断面図。 図２５中に示される仕切り板１２Ｈなどの構造の一例を示す斜視図。 図２５に示される高圧ブッシングの変形例を示す縦断面図。 図２７中に示される連通孔付き仕切り板１２Ｊなどの構造の一例を示す斜視図。 図２７に示される高圧ブッシングの別の変形例を示す縦断面図。 第４の実施形態に係る高圧ブッシングの構造および冷却ガス通風フローの一例を示す縦断面図。 図３０中に示される仕切り板１２Ｈ，１２Ｋなどの構造の一例を示す斜視図。 図３０に示される高圧ブッシングの変形例を示す縦断面図。 図３０に示される高圧ブッシングの別の変形例を示す縦断面図。 図３０に示される高圧ブッシングの別の変形例を示す縦断面図。 図３０に示される高圧ブッシングの別の変形例を示す縦断面図。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

（各実施形態に共通する事項）
図１は、第１〜第４の実施形態に共通する回転電機の構成の一例を示す縦断面図である。

図１に示す回転電機は、例えば大容量タービン発電機であり、機内に水素ガスを封入し、これを冷却媒体として、回転子１、固定子鉄心２、固定子コイル３等の各部を冷却するように構成される。また、固定子コイル３から接続導体４を介して、出力端子箱５を構成する固定子フレーム７に設けられた高圧ブッシング６ａに結線し、電気出力を機外へと取り出すように構成されている。また、固定子コイル３をスター結線し、その中性点を接地する場合、固定子フレーム７に設けられる高圧ブッシング６ｂを介して、電気出力を機外へ取り出し、中性点結線をする。前述した高圧ブッシング６ａ、６ｂは、それぞれの内部に機内の冷却ガスを導いて冷却を行うようになっている。

以下の第１〜第４の実施形態では、図１中に示される複数の高圧ブッシング６ａ、６ｂの一つ、例えば高圧ブッシング６ａの構成例について説明する。

（第１の実施形態）
最初に、図２〜図１４を参照して、第１の実施形態について説明する。なお、各図において共通する要素には同一の符号を付している。

図２は、第１の実施形態に係る高圧ブッシングの構造および冷却ガス通風フローの一例を示す縦断面図である。

図２に示される高圧ブッシングは、回転電機の出力端子箱５を構成する固定子フレーム７を貫通して設けられ、主な構成要素として、中空接続導体１１、通風管１２、および絶縁筒１３を有する。

中空接続導体１１は、その機外側端部１１Ｂが封止され、機内の冷却ガスを機内側端部１１Ａから導入する構造を有する。通風管１２は、中空接続導体１１の内周側に間隙Ｇ１をおいて設けられ、その機外側端部が中空接続導体１１の底部に取り付けられ、機内側へ冷却ガスを排出する構造を有する。絶縁筒１３は、碍子等で構成され、中空接続導体１１の外周側に間隙Ｇ２をおいて設けられ、その機外側端部が封止され、中空接続導体１１と固定子フレーム７とを電気的に絶縁させる構造を有する。

前述した中空接続導体１１は、絶縁筒１３を貫通する部分に外側導体接続部を形成し、回転電機の外側の図示しない電流リードへ接続される。また、中空接続導体１１の外周面には、絶縁筒１３の機内側端部と接合して中空接続導体を支持する接続導体支え１１Ｃが、溶接等により直接取り付けられている。絶縁筒１３の機内側端部と接続導体支え１１Ｃとの接合部にはパッキンＰ１が介在するように設けられ、一方、絶縁筒１３の機外側端部と中空接続導体１１との接合部にはパッキンＰ２が設けられ、機内の冷却ガスが機外に漏れないようにシール処理が施されている。

前述した通風管１２は、冷却ガスの出口側が、図示しない配管を通じて、高圧ブッシングの冷却ガスの入口側となる出力端子箱５内の冷却ガス圧力よりも低い圧力の回転電機機内の部位、例えばファン入口の低圧室に接続されている。この両者間に生じる差圧により、高圧ブッシング内に冷却ガスが流れ、発熱した中空接続導体１１等が冷却されるようになっている。

前述した絶縁筒１３は、フランジ部１３Ａを備え、このフランジ部１３Ａが固定子フレーム７に固定され、シール処理が施されている。この絶縁筒１３のフランジ部１３Ａは、例えば金属からなり、絶縁部分と接着剤等で一体として形成されている。

特に、この第１の実施形態においては、中空接続導体１１は、機内側に位置する複数の連通孔１１ａと機外側に位置する複数の連通孔１１ｂとを備え、通風管１２は、当該通風管１２の機外側端部近傍に位置する複数の還流孔１２ａを備えている。

前述した構成により、機内の冷却ガスが中空接続導体１１の機内側端部１１Ａから間隙Ｇ１に導入され、中空接続導体１１の内周側流路を通る一方で、間隙Ｇ１に導入される冷却ガスの一部が分岐して第１の連通孔１１ａを通り、間隙Ｇ２に導入され、中空接続導体１１の外周側流路を通り、連通孔１１ｂを通り、中空接続導体１１の内周側流路を通った冷却ガスと合流し、合流後の冷却ガスが還流孔１２ａを通って通風管１２の内側を通り、機内側へ排出される。

このように構成することにより、冷却ガスが中空接続導体１１の内周側流路と外周側流路の双方を流れることから、中空接続導体１１を内周面と外周面の両面から十分に冷却することができ、また、パッキンＰ１，Ｐ２等への冷却も十分に行うことができ、高圧ブッシング全体の冷却効果を向上させることが可能となる。

図３は、図２中に示される中空接続導体１１の構造の一例を示す斜視図である。また、図４は、図３に示される中空接続導体１１の変形例を示す斜視図である。

図３の例では、中空接続導体１１に設けられる複数の連通孔１１ａは、長手方向に対して同一の高さに並ぶように離間して配列される。複数の連通孔１１ｂの配置も同様である。一方、図４の例では、中空接続導体１１に設けられる複数の連通孔１１ａが千鳥配列を成している。複数の連通孔１１ｂの配置も同様である。図３と図４のいずれの配置を採用してもよいが、図４のように千鳥配列を形成した場合、冷却ガスが適度に分散し、均温化を図ることが可能となる。また、この配列の手法は、通風管１２に設けられる還流孔１２ａの配列にも適用される。

図５は、図２に示される高圧ブッシングの変形例を示す縦断面図である。

前述の図２の例に示される複数の連通孔１１ａ，１１ｂは、冷却ガスが流れる向きが、中空接続導体１１の壁面に垂直な方向を向いているが、図５の例に示される複数の連通孔１１ａ，１１ｂは、冷却ガスが流れる向きが、中空接続導体１１の壁面に垂直な方向から機外側へ傾いている。例えば、図６に示されるように、中空接続導体１１の壁面に垂直な方向から角度θ分だけ機外側へ傾いた方向に穿孔が施されている。この場合の角度θは、冷却ガスの駆動圧力や中空接続導体１１の壁の厚みにもよるが、２０°〜８０°の範囲内であることが望ましい。

このように構成することにより、冷却ガスが連通孔１１ａ，１１ｂを通過する時の分岐損失や衝突損失などの通風圧力損失を低減することが可能となる。

以下では、中空接続導体１１の内周側流路の一部の断面積を小さくする構造（例えば流路を狭める構造）を設けることによって中空接続導体１１の内周側流路と外周側流路の双方を流れる冷却ガスの量の配分を調整する各種の例について説明する。

図７は、図２に示される高圧ブッシングの別の変形例を示す縦断面図である。また、図８は、図７中に示される円板状の邪魔板１２Ａ，１２Ｂなどの構造の一例を示す斜視図である。

図７の例では、連通孔１１ａよりも機外側に、中空接続導体１１の内周側流路の一部の断面積を小さくする邪魔板１２Ａが通風管１２に設けられ、連通孔１１ｂよりも機内側に、中空接続導体１１の内周側流路の一部の断面積を小さくする邪魔板１２Ｂが通風管１２に設けられる。例えば、図８に示されるように、円板状の邪魔板１２Ａ，１２Ｂがそれぞれ通風管１２の外周面に設けられる。なお、形状は円板状に限られず、流路を狭めるものであれば、その他の形状の部材を用いてもよい。

このように構成することにより、中空接続導体１１の内周側流路と外周側流路の双方を流れる冷却ガスの量の配分をバランス良く調整することができる。また、中空接続導体１１の外周側流路を流れる冷却ガスの量を容易に増加させることができ、中空接続導体１１外周側の冷却効果を高めることが可能となる。また、連通孔１１ａ等が小さい場合でも、より多くの冷却ガスを中空接続導体１１の外周側へ分岐させることができ、連通孔穿孔に伴う電流通過断面積の減少による発熱密度上昇などを回避することができる。

図９は、図２に示される高圧ブッシングの別の変形例を示す縦断面図である。

図９の例では、連通孔１１ａ近傍に、中空接続導体１１の内周側流路の一部の断面積を機外側に向かうに従って第１の面積から第２の面積に縮小させる傘型（もしくは円錐台形状）防風板１２Ｃが通風管１２に設けられ、連通孔１１ｂ近傍に、中空接続導体１１の内周側流路の一部の断面積を機外側へ向かうに従って前記第２の面積から前記第１の面積に拡大させる傘型（もしくは円錐台形状）防風板１２Ｄが通風管１２に設けられる。

このように構成することにより、図７の例と同様の効果が得られるほか、中空接続導体１１の内周側流路の断面積が冷却ガスの流れに沿って徐々に変化するように構成されていることから、防風板１２Ｃ，１２Ｄ近傍での冷却ガス流れの乱れを小さくし、通風圧力損失を抑え、整流作用を促すことが可能となる。

図１０は、図２に示される高圧ブッシングの別の変形例を示す縦断面図である。

図１０の例では、通風管１２が、連通孔１１ａよりも機外側、かつ、連通孔１１ｂよりも機内側において、中空接続導体１１の内周側流路の一部の断面積を小さくさせる中太部１２Ｅを有し、その両側に前述の傘型防風板１２Ｃ，１２Ｄと同様な形状を有する。すなわち、通風管１２は、図９の例と同様に、連通孔１１ａ近傍に、中空接続導体１１の内周側流路の一部の断面積を機外側に向かうに従って第１の面積から第２の面積に縮小させる形状を有し、連通孔１１ｂ近傍に、中空接続導体１１の内周側流路の一部の断面積を機外側へ向かうに従って前記第２の面積から前記第１の面積に拡大させる形状を有する。

このように構成することにより、図９の例と同様の効果が得られるほか、傘型部近傍での冷却ガス流れの乱れをより一層小さくし、よりスムーズに冷却ガスを通風させることができとともに、中太部１２Ｅにおいて冷却ガスの流速が増加することにより中空接続導体１１への冷却効果を向上させることが可能となる。

図１１は、図２に示される高圧ブッシングの別の変形例を示す縦断面図である。また、図１２は、図１１中に示される連通孔付き仕切り板１２Ｆ，１２Ｇなどの構造の一例を示す斜視図である。

図１１の例では、連通孔１１ａよりも機外側に、複数の連通孔を有する連通孔付き仕切り板１２Ｆが中空接続導体１１の内周側流路に設けられ、連通孔１１ｂよりも機内側に、複数の連通孔を有する連通孔付き仕切り板１２Ｇが中空接続導体１１の内周側流路に設けられる。例えば、図１２に示されるように、中空接続導体１１の内径と同一の外径を有する連通孔付き仕切り板１２Ｆ，１２Ｇが、それぞれ、中空接続導体１１の内周側流路内において、通風管１２の外周面および中空接続導体１１の内周面に取り付けられ、固定される。これにより、通風管１２が連通孔付き仕切り板１２Ｆ，１２Ｇにより強固に支持される。

また、図１３（ａ）の平面図および図１３（ｂ）の側面図に示されるように、連通孔付き仕切り板１２Ｆに備えられる複数の連通孔１２Ｆａ、および連通孔付き仕切り板１２Ｇに備えられる複数の連通孔１２Ｇａは、それぞれ、冷却ガスが流れる向きが、機外側から周方向へ傾いている。これにより、図１４に示されるように、各連通孔１２Ｆａ，１２Ｇａを通過した後の冷却ガスに旋回流Ｆが誘起される。

このように構成することにより、図７〜図１０の例と同様の効果が得られるほか、連通孔付き仕切り板１２Ｆ，１２Ｇの外径を中空接続導体１１の内径と同一となるように構成しているため、冷却ガスを容易に分岐させることが可能となり、また、連通孔１１ｂ近傍の冷却ガスの合流部での通風損失を軽減することが可能となる。また、連通孔付き仕切り板１２Ｆ，１２Ｇにそれぞれ備えられる複数の連通孔１２Ｆａ，１２Ｇａを通過した後の冷却ガスに旋回流Ｆが誘起されることから、中空接続導体１１の内周面への冷却を更に強化することが可能となる。

（第２の実施形態）
次に、図１５〜図２４を参照して、第２の実施形態について説明する。なお、各図において共通する要素には同一の符号を付している。以下では、前述の第１の実施形態と共通する部分の説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。

図１５は、第２の実施形態に係る高圧ブッシングの構造および冷却ガス通風フローの一例を示す縦断面図である。また、図１６は、図１５中に示される中空接続導体１１および接続導体支え１１Ｃの構造の一例を示す斜視図である。

前述の図２の例では、高圧ブッシングが、中空接続導体１１に複数の連通孔１１ａを備えている場合を例示したが、図１５の例に示される高圧ブッシングはこれを備えておらず、代わりに、接続導体支え１１Ｃに複数の連通孔１１ｄを備えている。連通孔１１ｄは、機内の冷却ガスを間隙Ｇ２に導入させる。

前述した構成により、機内の冷却ガスが中空接続導体１１の機内側端部１１Ａから間隙Ｇ１に導入され、中空接続導体１１の内周側流路を通る一方で、機内の冷却ガスが接続導体支え１１Ｃの連通孔１１ｄを通じて間隙Ｇ２にも導入され、中空接続導体１１の外周側流路を通り、連通孔１１ｂを通り、中空接続導体１１の内周側流路を通った冷却ガスと合流し、合流後の冷却ガスが還流孔１２ａを通って通風管１２の内側を通り、機内側へ排出される。

このように構成することにより、前述の第１の実施形態の場合と同様、冷却ガスが中空接続導体１１の内周側流路と外周側流路の双方を流れることから、中空接続導体１１を内周面と外周面の両面から十分に冷却することができ、また、パッキンＰ１，Ｐ２等への冷却も十分に行うことができ、高圧ブッシング全体の冷却効果を向上させることが可能となる。

図１７は、図１５中および図１６中に示される接続導体支え１１Ｃの構造の一例を示す平面図である。また、図１８は、図１７に示される接続導体支え１１Ｃの変形例を示す平面図である。

図１７の例では、接続導体支え１１Ｃに設けられる複数の連通孔１１ｄが、パッキン押さえ位置Ｐａよりも内径側に、周方向に一定の間隔をおいて配置されている。一方、図１８の例では、接続導体支え１１Ｃに設けられる複数の連通孔１１ｄの各々をより大きく、例えば複数の連通孔１１ｄをパッキン押さえ位置Ｐａの外側近傍まで拡大させ、周方向に一定の間隔をおいて配置されている。図１７と図１８のいずれの配置を採用してもよいが、図１８のように複数の連通孔１１ｄを配置した場合、パッキンＰ１のシール機能を維持しつつ、連通孔１１ｄを拡大することができ、冷却ガスの通過時の通風圧力損失を低減し、通過風量を増加させることができるため、中空接続導体１１の外周面やパッキンＰ１等への冷却を更に強化することが可能となる。

図１９は、図１６に示される中空接続導体１１および接続導体支え１１Ｃの変形例を示す斜視図である。

図１９の例では、中空接続導体１１に設けられる複数の連通孔１１ｂが、前述の図４中に示される複数の連通孔１１ｂと同様に、千鳥配列を成している。このように構成することにより、冷却ガスが適度に分散し、均温化を図ることが可能となる。

図２０は、図１５に示される高圧ブッシングの変形例を示す縦断面図である。

図２０の例では、中空接続導体１１に、前述の図２中に示される複数の連通孔１１ａと同じものが追設されている。

このように構成することにより、機内の冷却ガスが連通孔１１ａと連通孔１１ｄの双方を通じて入り込むことから、より多くの冷却ガスを間隙Ｇ２に導入することができ、中空接続導体１１の外周面やパッキンＰ１，Ｐ２等への冷却を更に強化することが可能となる。

図２１は、図２０中に示される中空接続導体１１および接続導体支え１１Ｃの変形例を示す斜視図である。

図２１の例では、図４の例と同様に、中空接続導体１１に設けられる複数の連通孔１１ａおよび複数の連通孔１１ｂがそれぞれ千鳥配列を成している。このように構成することにより、図４の例と同様に、冷却ガスが適度に分散し、均温化を図ることが可能となる。

図２２は、図２０に示される高圧ブッシングの別の変形例を示す縦断面図である。

図２２の例に示される複数の連通孔１１ａ，１１ｂは、図５の例と同様に、冷却ガスが流れる向きが、中空接続導体１１の壁面に垂直な方向から機外側へ傾いている。このように構成することにより、図５の例と同様に、冷却ガスが連通孔１１ａ，１１ｂを通過する時の分岐損失や衝突損失などの通風圧力損失を低減することが可能となる。

なお、前述の第１の実施形態では、図７〜図１４により、中空接続導体１１の内周側流路の一部の断面積を小さくする構造を設けることによって中空接続導体１１の内周側流路と外周側流路の双方を流れる冷却ガスの量の配分を調整する各種の例について説明したが、これらの手法は、図２０〜図２２に示される高圧ブッシングに適用することが可能である。

例えば、図７に示される邪魔板１２Ａ，１２Ｂ、図９に示される傘型（もしくは円錐台形状）防風板１２Ｃ，１２Ｄ、図１０に示される中太部１２Ｅ、図１１〜図１４に示される連通孔付き仕切り板１２Ｆ，１２Ｇは、それぞれ、図２０〜図２２に示される高圧ブッシングに設けてもよい。

図２３は、図１５に示される高圧ブッシングの別の変形例を示す縦断面図である。また、図２４は、図２３中に示される接続導体支え１１Ｃの構造の一例を示す側面図および平面図である。

前述の図１５の例では、接続導体支え１１Ｃに備えられる複数の連通孔１１ｄが、機内の冷却ガスを機内側から取り込み、中空接続導体１１の長手方向に沿って間隙Ｇ２へ流す場合を例示したが、図２３の例では、図２４（ａ）の側面図および図２４（ｂ）の平面図に示されるように、接続導体支え１１Ｃに備えられる複数の連通孔１１ｄ’が、機内の冷却ガスを接続導体支え１１Ｃの外周側の側面部から内径方向へ取り込み、途中で中空接続導体１１の長手方向へと向きを変えて間隙Ｇ２へ流すように構成される。

この構成は、接続導体支え１１Ｃの機内側の領域に、図１５，図１６中に示されるような複数の連通孔１１ｄを設けるための寸法が十分に確保されていない場合に有効となる。

（第３の実施形態）
次に、図２５〜図２９を参照して、第３の実施形態について説明する。なお、各図において共通する要素には同一の符号を付している。以下では、前述の第１の実施形態と共通する部分の説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。

図２５は、第３の実施形態に係る高圧ブッシングの構造および冷却ガス通風フローの一例を示す縦断面図である。また、図２６は、図２５中に示される仕切り板１２Ｈなどの構造の一例を示す斜視図である。

図２５の例では、間隙Ｇ１を長手方向に仕切る仕切り板１２Ｈが、連通孔１１ｂの機内側近傍に設けられる。また、通風管１２は、当該通風管１２の機外側端部近傍に位置する還流孔１２ａのほかに、仕切り板１２Ｈの機内側近傍に位置する還流孔１２ｂを備えている。例えば、図２６に示されるように、中空接続導体１１の内径と同一の外径を有する仕切る仕切り板１２Ｈが、中空接続導体１１の内周側流路を塞ぐように通風管１２の外周面および中空接続導体１１の内周面に取り付けられ、固定される。これにより、通風管１２が仕切り板１２Ｈにより強固に支持される。

前述した構成により、機内の冷却ガスが中空接続導体１１の機内側端部から間隙Ｇ１に導入され、中空接続導体１１の内周側流路を通り、還流孔１２ｂを通る一方で、間隙Ｇ１に導入される冷却ガスの一部が連通孔１１ａを通り、間隙Ｇ２に導入され、中空接続導体１１の外周側流路を通り、連通孔１１ｂを通り、中空接続導体１１の内周側流路を通り、還流孔１２ａを通り、通風管１２の内側を通り、還流孔１２ｂを通った冷却ガスと合流し、合流後の冷却ガスが通風管１２の内側を通り、機内側へ排出される。

このように構成することにより、前述の第１および第２の実施形態の場合と同様、冷却ガスが中空接続導体１１の内周側流路と外周側流路の双方を流れることから、中空接続導体１１を内周面と外周面の両面から十分に冷却することができ、また、パッキンＰ１，Ｐ２等への冷却も十分に行うことができ、高圧ブッシング全体の冷却効果を向上させることが可能となる。

また、仕切り板１２Ｈが中空接続導体１１の内周側流路での冷却ガスの合流を回避し、冷却ガスが合流する場所が中空接続導体１１の内周側流路ではなく、通風管１２の内側となることから、中空接続導体１１の冷却に対する合流損の影響を低減でき、中空接続導体１１への冷却を更に強化することが可能となる。

図２７は、図２５に示される高圧ブッシングの変形例を示す縦断面図である。また、図２８は、図２７中に示される連通孔付き仕切り板１２Ｊなどの構造の一例を示す斜視図である。

図２７の例では、連通孔１１ａよりも機外側に、複数の連通孔を有する連通孔付き仕切り板１２Ｊが中空接続導体１１の内周側流路に設けられる。例えば、図２８に示されるように、中空接続導体１１の内径と同一の外径を有する連通孔付き仕切り板１２Ｊが、中空接続導体１１の内周側流路内において、通風管１２の外周面および中空接続導体１１の内周面に取り付けられ、固定される。これにより、通風管１２が仕切り板１２Ｊにより強固に支持される。

また、連通孔付き仕切り板１２Ｊに備えられる複数の連通孔１２Ｊａは、冷却ガスが流れる向きが、機外側から周方向へ傾いていてもよい。これにより、各連通孔を通過した後の冷却ガスに旋回流が誘起されるため、中空接続導体１１の内周面への冷却を更に強化することが可能となる。

このように構成することにより、中空接続導体１１の内周側流路と外周側流路の双方を流れる冷却ガスの量の配分をバランス良く調整することができるほか、連通孔付き仕切り板１２Ｊに備えられる複数の連通孔１２Ｊａを通過した後の冷却ガスに旋回流が誘起されることから、中空接続導体１１の内周面への冷却を更に強化することが可能となる。

なお、前述の第１の実施形態では、図７〜図１４により、中空接続導体１１の内周側流路の一部の断面積を小さくする構造を設けることによって中空接続導体１１の内周側流路と外周側流路の双方を流れる冷却ガスの量の配分を調整する各種の例について説明したが、これらの手法は、図２５等に示される高圧ブッシングに適用することが可能である。

例えば、図７に示される邪魔板１２Ａ、図９に示される傘型（もしくは円錐台形状）防風板１２Ｃ、図１０に示される中太部１２Ｅは、それぞれ、図２５に示される高圧ブッシングに設けてもよい。

図２９は、図２７に示される高圧ブッシングの別の変形例を示す縦断面図である。

図２９の例に示される複数の連通孔１１ａ，１１ｂは、図５の例と同様に、冷却ガスが流れる向きが、中空接続導体１１の壁面に垂直な方向から機外側へ傾いている。このように構成することにより、図５の例と同様に、冷却ガスが連通孔１１ａ，１１ｂを通過する時の分岐損失や衝突損失などの通風圧力損失を低減することが可能となる。

（第４の実施形態）
次に、図３０〜図３５を参照して、第４の実施形態について説明する。なお、各図において共通する要素には同一の符号を付している。以下では、前述の第３の実施形態と共通する部分の説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。

図３０は、第４の実施形態に係る高圧ブッシングの構造および冷却ガス通風フローの一例を示す縦断面図である。また、図３１は、図３０中に示される仕切り板１２Ｈ，１２Ｋなどの構造の一例を示す斜視図である。

図３０の例では、中空接続導体１１は、機内側に位置する連通孔１１ａと、機外側に位置する連通孔１１ｂとを備えるほか、この連通孔１１ｂよりもやや機内側に位置する連通孔１１ｃとを備えている。また、間隙Ｇ１を長手方向に仕切る仕切り板１２Ｋが、連通孔１１ａの機外側近傍に設けられ、同様に間隙Ｇ１を長手方向に仕切る仕切り板１２Ｈが、連通孔１１ｂと連通孔１１ｃとの中間位置近傍に設けられる。通風管１２は、当該通風管１２の機外側端部近傍に位置する還流孔１２ａと、仕切り板１２Ｋの機外側近傍に位置する還流孔１２ｃとを備えている。例えば、図３１に示されるように、中空接続導体１１の内径と同一の外径を有する仕切り板１２Ｋ，１２Ｈが、それぞれ、中空接続導体１１の内周側流路を塞ぐように通風管１２の外周面および中空接続導体１１の内周面に取り付けられ、固定される。これにより、通風管１２が仕切り板１２Ｋ，１２Ｈにより強固に支持される。

前述した構成により、機内の冷却ガスが中空接続導体１１の機内側端部から間隙Ｇ１に導入され、連通孔１１ａを通り、間隙Ｇ２に導入され、中空接続導体１１の外周側流路を通り、中空接続導体１１の外周側流路を通った冷却ガスの一部が連通孔１１ｂを通り、中空接続導体１１の内周側流路を通り、還流孔１２ａを通り、通風管１２の内側を通る一方で、中空接続導体１１の外周側流路を通った冷却ガスの一部が連通孔１１ｃを通り、中空接続導体１１の内周側流路を通り、還流孔１２ｃを通り、通風管１２の内側を通った冷却ガスと合流し、合流後の冷却ガスが通風管１２の内側を通り、機内側へ排出される。

このように構成することにより、前述の第１〜第３の実施形態の場合と同様、冷却ガスが中空接続導体１１の内周側流路と外周側流路の双方を流れることから、中空接続導体１１を内周面と外周面の両面から十分に冷却することができ、また、パッキンＰ１，Ｐ２等への冷却も十分に行うことができ、高圧ブッシング全体の冷却効果を向上させることが可能となる。

また、連通項１１ｂ，１１ｃや仕切り板１２Ｈ，１２Ｋが中空接続導体１１の内周側流路での冷却ガスの合流を回避し、冷却ガスが合流する場所が中空接続導体１１の内周側流路ではなく、通風管１２の内側となることから、中空接続導体１１の冷却に対する合流損の影響を低減でき、中空接続導体１１への冷却を更に強化することが可能となる。

更に、中空接続導体１１の内周側流路において、冷却ガスが機外側へ流れる流路のほか、冷却ガスが機内側へ流れる流路も形成されていることから、中空接続導体１１の温度が均温化され、冷却効果を向上させることが可能となる。

図３２は、図３０に示される高圧ブッシングの変形例を示す縦断面図である。

図３２の例では、接続導体支え１１Ｃに複数の連通孔１１ｄが追設されている。

このように構成することにより、機内の冷却ガスが連通孔１１ａと連通孔１１ｄの双方を通じて間隙Ｇ２に入り込むことから、中空接続導体１１の外周面やパッキンＰ１，Ｐ２等への冷却を更に強化することが可能となる。

図３３は、図３０に示される高圧ブッシングの別の変形例を示す縦断面図である。

図３３の例では、図２３の例と同様に、接続導体支え１１Ｃに備えられる複数の連通孔１１ｄ’が、機内の冷却ガスを接続導体支え１１Ｃの外周側の側面部から内径方向へ取り込み、途中で中空接続導体１１の長手方向へと向きを変えて間隙Ｇ２へ流すように構成される。

この構成は、接続導体支え１１Ｃの機内側の領域に、複数の連通孔１１ｄを設けるための寸法が十分に確保されていない場合に有効となる。

図３４は、図３０に示される高圧ブッシングの別の変形例を示す縦断面図である。

図３４の例に示される複数の連通孔１１ａ，１１ｂは、図５の例と同様に、冷却ガスが流れる向きが、中空接続導体１１の壁面に垂直な方向から機外側へ傾いている。このように構成することにより、図５の例と同様に、冷却ガスが連通孔１１ａ，１１ｂを通過する時の分岐損失や衝突損失などの通風圧力損失を低減することが可能となる。

図３５は、図３０に示される高圧ブッシングの別の変形例を示す縦断面図である。

図３５の例では、通風管１２が、仕切り部１２Ｋよりも機外側、かつ、仕切り部１２Ｈよりも機内側において、中空接続導体１１の内周側流路の一部の断面積を小さくさせる中太部１２Ｅを有する。この場合、通風管１２は、仕切り部１２Ｋ近傍に、中空接続導体１１の内周側流路の一部の断面積を機外側に向かうに従って第１の面積から第２の面積に縮小させる形状を有し、仕切り部１２Ｈ近傍に、中空接続導体１１の内周側流路の一部の断面積を機外側へ向かうに従って前記第２の面積から前記第１の面積に拡大させる形状を有する。

このように構成することにより、中空接続導体１１の連通孔１１ｂと連通孔１１ｃの双方を流れる冷却ガスの量の配分をバランス良く調整することができる。また、中空接続導体１１の連通孔１１ｂを通る冷却ガスの量を容易に増加させることができ、機外側端部１１Ｂの冷却効果を高めることが可能となる。

以上詳述したように各実施形態によれば、従来からの基本構成を維持しつつ、冷却ガスフローを改善し、冷却効果を向上させることができるので、通電可能な電流の値を小さくしたり、あるいは導体断面積を拡大して高圧ブッシングを大型化したりする必要がなく、通電電流の上限を上げることができ、機内の冷却ガスをシールする部材の熱劣化を最小限に抑え、冷却ガスが漏洩する可能性を低くし、信頼性を向上させた高圧ブッシングおよび回転電機を提供することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…回転子、２…固定子鉄心、３…固定子コイル、４…接続導体、５…出力端子箱、６ａ，６ｂ…高圧ブッシング、７…固定子フレーム、１１…中空接続導体、１１Ａ…機内側端部、１１Ｂ…機外側端部、１１Ｃ…接続導体支え、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ…連通孔、１２…通風管、１２Ａ，１２Ｂ…邪魔板、１２Ｃ，１２Ｄ…傘型（もしくは円錐台形状）防風板、１２Ｅ…中太部、１２Ｆ，１２Ｇ…連通孔付き仕切り板、１２Ｆａ，１２Ｇａ…連通孔、１２Ｈ，１２Ｋ…仕切り板、１２Ｊ…連通孔付き仕切り板、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…還流孔、１３…絶縁筒、１３Ａ…フランジ部、Ｇ１，Ｇ２…間隙、Ｐ１，Ｐ２…パッキン、Ｐａ…パッキン押さえ位置。

Claims (18)

1. 冷却ガスを機内に封入した回転電機の固定子フレームを貫通して設けられる高圧ブッシングであって、
   機外側端部が封止され、機内の冷却ガスを機内側端部から導入する中空接続導体と、
   前記中空接続導体の内周側に第１の間隙をおいて設けられ、機内側へ冷却ガスを排出する通風管と、
   前記中空接続導体の外周側に第２の間隙をおいて設けられ、前記中空接続導体と前記固定子フレームとを電気的に絶縁させる絶縁筒とを具備し、
   少なくとも前記中空接続導体に連通孔を設けるとともに前記通風管に還流孔を設けることにより、冷却ガスが前記第１の間隙および前記第２の間隙の双方を流れ、前記通風管の内側を通って機内側へ排出されるように構成されたことを特徴とする高圧ブッシング。
2. 前記中空接続導体は、機内側に位置する第１の連通孔と、機外側に位置する第２の連通孔とを備え、
   前記通風管は、当該通風管の機外側端部近傍に位置する還流孔を備え、
   機内の冷却ガスが前記中空接続導体の機内側端部から前記第１の間隙に導入され、前記中空接続導体の内周側流路を通る一方で、前記第１の間隙に導入される冷却ガスの一部が前記第１の連通孔を通り、前記第２の間隙に導入され、前記中空接続導体の外周側流路を通り、前記第２の連通孔を通り、前記中空接続導体の内周側流路を通った冷却ガスと合流し、合流後の冷却ガスが前記還流孔を通って前記通風管の内側を通り、機内側へ排出されるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の高圧ブッシング。
3. 前記中空接続導体の外周面に設けられ、前記絶縁筒の機内側端部と接合して前記中空接続導体を支持する接続導体支えを更に具備し、
   前記接続導体支えは、機内の冷却ガスを前記第２の間隙に導入する第１の連通孔を備え、
   前記中空接続導体は、機外側に位置する第２の連通孔を備え、
   前記通風管は、当該通風管の機外側端部近傍に位置する還流孔を備え、
   機内の冷却ガスが前記中空接続導体の機内側端部から前記第１の間隙に導入され、前記中空接続導体の内周側流路を通る一方で、機内の冷却ガスが前記接続導体支えの第１の連通孔から前記第２の間隙にも導入され、前記中空接続導体の外周側流路を通り、前記第２の連通孔を通り、前記中空接続導体の内周側流路を通った冷却ガスと合流し、合流後の冷却ガスが前記還流孔を通り、前記通風管の内側を通り、機内側へ排出されるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の高圧ブッシング。
4. 前記中空接続導体は、機内側に位置する第１の連通孔と、機外側に位置する第２の連通孔とを備え、
   前記第１の間隙を長手方向に仕切る仕切り部が、前記第２の連通孔の機内側近傍に設けられ、
   前記通風管は、当該通風管の機外側端部近傍に位置する第１の還流孔と、前記仕切り部の機内側近傍に位置する第２の還流孔とを備え、
   機内の冷却ガスが前記中空接続導体の機内側端部から前記第１の間隙に導入され、前記中空接続導体の内周側流路を通り、前記第２の還流孔を通る一方で、前記第１の間隙に導入される冷却ガスの一部が前記第１の連通孔を通り、前記第２の間隙に導入され、前記中空接続導体の外周側流路を通り、前記第２の連通孔を通り、前記中空接続導体の内周側流路を通り、前記第１の還流孔を通り、前記通風管の内側を通り、前記第２の還流孔を通った冷却ガスと合流し、合流後の冷却ガスが前記通風管の内側を通り、機内側へ排出されるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の高圧ブッシング。
5. 前記中空接続導体は、機内側に位置する第１の連通孔と、機外側に位置する第２の連通孔と、この第２の連通孔よりも機内側に位置する第３の連通孔とを備え、
   前記第１の間隙を長手方向に仕切る第１の仕切り部が、前記第１の連通孔の機外側近傍に設けられ、前記第１の間隙を長手方向に仕切る第２の仕切り部が、前記第２の連通孔と前記第３の連通孔との中間位置近傍に設けられ、
   前記通風管は、当該通風管の機外側端部近傍に位置する第１の還流孔と、前記第１の仕切り部の機外側近傍に位置する第２の還流孔とを備え、
   機内の冷却ガスが前記中空接続導体の機内側端部から前記第１の間隙に導入され、前記第１の連通孔を通り、前記第２の間隙に導入され、前記中空接続導体の外周側流路を通り、前記中空接続導体の外周側流路を通った冷却ガスの一部が第２の連通孔を通り、前記中空接続導体の内周側流路を通り、前記第１の還流孔を通り、前記通風管の内側を通る一方で、前記中空接続導体の外周側流路を通った冷却ガスの一部が前記第３の連通孔を通り、前記中空接続導体の内周側流路を通り、前記第２の還流孔を通り、前記通風管の内側を通った冷却ガスと合流し、合流後の冷却ガスが前記通風管の内側を通り、機内側へ排出されるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の高圧ブッシング。
6. 前記中空接続導体の外周面に設けられ、前記絶縁筒の機内側端部と接合して前記中空接続導体を支持する接続導体支えを更に具備し、
   前記接続導体支えは、機内の冷却ガスを前記第２の間隙に導入する連通孔を備えていることを特徴とする請求項２、４、５のいずれか１項に記載の高圧ブッシング。
7. 前記第１の連通孔および前記第２の連通孔の少なくとも一方は、冷却ガスが流れる向きが、前記中空接続導体の壁面に垂直な方向から機外側へ傾いていることを特徴とする請求項２、４乃至６のいずれか１項に記載の高圧ブッシング。
8. 前記中空接続導体の内周側流路の一部の断面積を小さくする手段を備えていることを特徴とする請求項２乃至７のいずれか１項に記載の高圧ブッシング。
9. 前記第１の連通孔よりも機外側に、前記中空接続導体の内周側流路の一部の断面積を小さくする第１の部材が設けられ、
   前記第２の連通孔よりも機内側に、前記中空接続導体の内周側流路の一部の断面積を小さくする第２の部材が設けられていることを特徴とする請求項２、６、７のいずれか１項に記載の高圧ブッシング。
10. 前記第１の連通孔よりも機外側に、前記中空接続導体の内周側流路の一部の断面積を小さくする第１の部材が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の高圧ブッシング。
11. 前記第１の連通孔近傍に、前記中空接続導体の内周側流路の一部の断面積を機外側に向かうに従って第１の面積から第２の面積に縮小させる第１の部材が設けられ、
    前記第２の連通孔近傍に、前記中空接続導体の内周側流路の一部の断面積を機外側へ向かうに従って前記第２の面積から前記第１の面積に拡大させる第２の部材が設けられていることを特徴とする請求項２、６、７のいずれか１項に記載の高圧ブッシング。
12. 前記通風管は、
    前記第１の連通孔よりも機外側、かつ、前記第２の連通孔よりも機内側において、前記中空接続導体の内周側流路の一部の断面積を小さくさせる形状を有することを特徴とする請求項２、６、７のいずれか１項に記載の高圧ブッシング。
13. 前記通風管は、
    前記第１の仕切り部よりも機外側、かつ、前記第２の仕切り部よりも機内側において、前記中空接続導体の内周側流路の一部の断面積を小さくする形状を有することを特徴とする請求項５に記載の高圧ブッシング。
14. 前記第１の連通孔よりも機外側に、複数の連通孔を有する第１の連通孔付き仕切り板が設けられ、
    前記第２の連通孔よりも機内側に、複数の連通孔を有する第２の連通孔付き仕切り板が設けられていることを特徴とする請求項２、６、７のいずれか１項に記載の高圧ブッシング。
15. 前記第１の連通孔よりも機外側に、複数の連通孔を有する第１の連通孔付き仕切り板が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の高圧ブッシング。
16. 前記複数の連通孔は、それぞれ、冷却ガスが流れる向きが、機外側から周方向へ傾いていることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の高圧ブッシング。
17. 前記接続導体支えに備えられる連通孔は、機内の冷却ガスを前記接続導体支えの外周側の側面部から取り込むように構成されていることを特徴とする請求項３又は６に記載の高圧ブッシング。
18. 請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の高圧ブッシングを備えたことを特徴とする回転電機。

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