JP5815600B2 - 電気機械用のロータ及び改装のための方法 - Google Patents

Description

本開示は、電気機械用のロータ、及びロータを改装するための方法に関する。

電気機械は、（好適には水力タービンに接続された）同期発電機又は非同期発電機又は同期又は非同期の電気モータのような回転する電気機械、又はその他のタイプの電気機械であることができる。さらに、電気機械は、突極を備える又は備えないロータを有することができる。

水力発電機（hydro generator）のような電気機械は、水力タービンに接続されたロータと、ステータとを有する。しばしばロータとステータとは鉛直軸線を有して組み立てられる。

ロータは、シャフトと、シャフトにおけるスパイダと、スパイダにおける層状のドラムとを有する。

スパイダは、複数の軸方向ダクトを形成しており、層状のドラムは、ダクトに接続された複数の半径方向冷却チャネルを有し、作動中、（空気のような）ガスがダクト及び冷却チャネルを通って循環し、ロータ及びステータを冷却する。

空気循環は損失を生じ、この損失は最小限に減じられるべきである。

特に損失は以下のものに依存する：
−機械を通って循環する総空気体積流量
−機械内の空気体積流量分布。

循環損失を減じるために、従来、電気機械は、空気体積循環を最適化するように設計されている。しかしながら、このような電気機械の冷却特徴を設計する場合、前もって計算することができないある不確実性が存在する。

本発明の課題は、電気機械の冷却材循環損失を減じることである。

開示の態様は、それによって循環損失を減じることができる電気機械用のロータを提供し、かつロータを改装するための方法を示すことを含む。

これらの態様及びその他の態様は、添付の請求項に記載のロータ及び方法を提供することによって達成される。

有利には、ロータ及び方法は、温度の最適化も可能にする。

別の特徴及び利点は、添付の図面において非制限的な例として例示された、ロータ及び方法の好適な、しかし排他的でない実施の形態の説明からより明らかになるであろう。

第１の実施の形態における電気機械の概略図である。 図１の電気機械の詳細を示す図である。 図１の電気機械の詳細を示す図である。 第２の実施の形態における電気機械の概略図である。 図１の電気機械の詳細を示す図である。 図１の電気機械の詳細を示す図である。 図１の電気機械の詳細を示す図である。 図１の電気機械の詳細を示す図である。 電気機械の異なる実施の形態を示す図である。

図面を参照すると、これらの図面は、水力発電機のような電気機械１を示している。

電気機械１は、ステータボア３を備えたステータ２と、ステータボア３に収容されたロータ４とを有する。

ステータ２及びロータ４は、空気のようなガス（しかしその他のガスも可能である）を含むケーシングに収容されている。ケーシングに含まれたガスは、電気機械を冷却するために電気機械１を通って循環させられる。

ロータ４は、スパイダ７を支持するシャフト６を有する。スパイダ７は層状のドラム８を支持する。層状のドラム８は、機械的な部分９と、導電性バー１１を収容するスロットを備えた電気的部分１０とを有する。

スパイダ７は、半径方向プレートのような複数の隔離エレメント１３を有する。隔離エレメント１３は、互いの間にダクト１４を形成する。

好適には、ダクト１４は、長手方向ロータ軸線１５に対して平行に延びている。

層状のドラム８は、冷却チャネル１７を有する。冷却チャネル１７は、好適には、半径方向にかつロータ軸線１５に対して垂直に延びている。

冷却チャネル１７はダクト１４に接続されている。

ステータ２は、層状のコア１９を有し、冷却チャネル２０を有する。層状のコア１９は、支持部２１及び冷却器２２に接続されている。

ロータは、１つ以上のダクト１４及び／又は１つ以上の冷却チャネル１７に関連したスロットルエレメント２５を有する。

スロットルエレメント２５は、以下の調節を許容する：
−電気機械１を通って循環する総空気体積流量
−循環損失を最適化することができるような、機械内の空気体積流量分布。

例えば、空気体積流量は、機械（例えばロータ及びステータ）を通って循環する空気体積流量が、冷却のために要求される空気体積流量となるように、調節することができる。言い換えれば、冷却のために要求される空気体積流量を超えるあらゆる空気体積流量が電気機械１を通って循環することは防止される。

スロットルエレメント２５を、ダクト１４内に設けることができる。

この場合、スロットルエレメントは、好適には、冷却チャネル１７の第１のグループ２８に接続された、ダクト１４の第１のゾーン２７と、冷却チャネル１７の第２のグループ３０に接続された、ダクト１４の第２のゾーン２９とを形成している。

例えば、スロットルエレメント２５を、ダクト１４に設けられたプレートによって形成することができ、このプレートは、ダクト１４を通過するガスのための通路３１を形成する。

通路３１は、好適には、プレートにおける穴によって形成されている。

これに代えて又はこれに加えて、この実施の形態におけるスロットルエレメントは、電気的、液圧式又は空圧式に制御されるスロットルバルブのような、空気体積流量を絞ることができるあらゆるエレメントであることもできる。

ダクト１４を部分的に閉鎖するスロットルエレメントの代わりに又はこれに加えて、冷却チャネル１７にスロットルエレメントを設けることもできる。

この場合、スロットルエレメント２５は、好適には、ダクト１４に収容されており、冷却通路１７のうちの少なくとも幾つかの端部に接続されている。

例えば、スロットルエレメント２５は、層状のドラム８に対して可動な１つ以上の壁部３５を有する。それぞれの壁部３５は、ダクト１４に収容されかつ層状のドラム８において摺動することができる細長いプレートであることができる。

それぞれの壁部３５は、開口３６を有し、符号３７において概略的に表された作動システムに接続されている。

作動システム３７は、開口３６が冷却チャネル１７と整合させられるか又は冷却チャネル１７を部分的に又は完全に閉鎖するように、壁部３５の位置を調節することができる。

これに代えて又はこれに加えて、この実施の形態におけるスロットルエレメントは、それぞれの冷却チャネル１７に関連した、電気的、液圧式又空圧式に制御されるスロットルバルブのような、空気体積流量を絞ることができるあらゆるエレメントであることもできる。

冷却チャネル１７は、拡開させられ、好適には最大直径においてスロットルエレメント２５が設けられた、ダクト１４に接続された端部をも有することができる。

この実施の形態において、スロットルエレメント２５の調節は、冷却チャネル１７へ進入するための圧力損失の調節を許容し、これにより、例えば完全に開放したスロットルエレメント２５によって、部分的に開放したスロットルエレメント２５による場合や、空気調節システムが設けられてさえいない場合よりも、冷却チャネル１７を通るより大きな流れが達成される。

この場合においても、スロットルエレメント２５は、例えば、電気的又は空圧式又は液圧式に駆動されるスロットルバルブであることができる。いずれにしてもその他のタイプのスロットルエレメントが可能である。

電気機械の作動は、説明及び例示されたことから明らかであり、実質的に以下のとおりである。

作動中、空気のような冷却ガスは、ダクト１４に進入し、ダクト１４を通過し、冷却チャネル１７に進入して、導電性バー１１及び層状のドラム８を冷却する。次いで、冷却ガスは、ステータ２の冷却チャネル２０に進入し、ステータバー及びステータの層状のコア１９も冷却する。

次いで、冷却ガスは、冷却器２２に進入し、冷却される。

矢印Ｆは空気循環を示している。循環の間、スロットルエレメント２５は、機械を通る空気体積流量を制限し、これにより、冷却に必要な空気体積のみが実際に循環される。これは循環損失を制限する。

本開示は、電気機械用のロータを改装する方法にも言及する。

この方法は、少なくとも１つのダクト１４及び／又は冷却チャネル１７に関連した少なくとも１つのスロットルエレメント２５を提供することを含む。

例えば、ロータ４は、スロットルエレメント２５が提供される前に作動させられる。（スロットルエレメント２５が提供される前に）ロータが作動しながら、空気循環損失及び／又は温度が検出される。

すなわち、スロットルエレメント２５は、（例えば循環損失を最小限に減じるために及び／又は温度を最適化するために）検出された空気循環損失及び／又は温度に基づき提供される。

もちろん説明された特徴は互いに独立して提供されてよい。

実際には、使用される材料及び寸法を、要求と、従来技術とにしたがって、意図的に選択することができる。

１ 電気機械
２ ステータ
３ ステータボア
４ ロータ
６ シャフト
７ スパイダ
８ 層状のドラム
９ 機械的な部分
１０ 電気的な部分
１１ 導電性バー
１３ エレメント
１４ ダクト
１５ ロータ軸線
１７ 冷却チャネル
１９ 層状のコア
２０ 冷却チャネル
２２ 冷却器
２５ スロットルエレメント
２７ 第１のゾーン
２８ 第１のグループ
２９ 第２のゾーン
３０ 第２のグループ
３１ 通路
３５ 壁部
３６ 開口
３７ 作動システム
Ｆ 冷却ガス

Claims (11)

1. 電気機械（１）用のロータ（４）であって、シャフト（６）と、該シャフト（６）上のスパイダ（７）と、該スパイダ（７）上の層状のドラム（８）とを備え、
   前記スパイダ（７）は、複数の隔離エレメント（１３）を有し、該複数の隔離エレメント（１３）は、互いの間にダクト（１４）を形成しており、前記層状のドラム（８）は、前記ダクト（１４）に接続された複数の冷却チャネル（１７）を有する、電気機械（１）用のロータ（４）において、
   少なくとも１つの前記ダクト（１４）及び／又は前記冷却チャネル（１７）に関連した少なくとも１つのスロットルエレメント（２５）を備え、
   前記少なくとも１つのスロットルエレメント（２５）は、前記層状のドラム（８）に対して可動な少なくとも１つの壁部（３５）と、
   該少なくとも１つの壁部（３５）に設けられた開口（３６）と、
   該開口（３６）が前記冷却チャネル（１７）と位置合わせされるか、又は、一部若しくは完全に前記冷却チャネル（１７）を閉じるように、前記壁部（３５）の位置を調整するための前記少なくとも１つの壁部（３５）用の作動システム（３７）と、を有することを特徴とする、電気機械（１）用のロータ（４）。
2. 前記少なくとも１つのスロットルエレメント（２５）は、少なくとも１つの前記ダクト（１４）内に設けられている、請求項１記載のロータ（４）。
3. 少なくとも１つのスロットルエレメント（２５）は、前記冷却チャネル（１７）の第１のグループ（２８）に接続された前記ダクト（１４）の第１のゾーン（２７）と、前記冷却チャネル（１７）の第２のグループ（３０）に接続された前記ダクト（１４）の第２のゾーン（２９）とを形成している、請求項２記載のロータ（４）。
4. 前記少なくとも１つのスロットルエレメント（２５）は、前記ダクト（１４）に設けられたプレートであり、該プレートは、前記ダクト（１４）を通過するガスのための通路（３１）を形成している、請求項２記載のロータ（４）。
5. 前記通路（３１）は、前記プレートに設けられた穴によって形成されている、請求項４記載のロータ（４）。
6. 前記少なくとも１つのスロットルエレメント（２５）は、少なくとも１つの冷却チャネル（１７）に設けられている、請求項１記載のロータ（４）。
7. 前記少なくとも１つのスロットルエレメント（２５）は、前記少なくとも１つのダクト（１４）に収容されており、前記少なくとも１つの冷却チャネル（１７）の端部に接続されている、請求項６記載のロータ（４）。
8. 前記少なくとも１つのスロットルエレメントは、スロットルバルブを含む、請求項１記載のロータ（４）。
9. 前記スロットルバルブは、電気的、液圧式又は空圧式に制御されるスロットルバルブである、請求項８記載のロータ（４）。
10. 電気機械（１）用のロータ（４）を改装する方法であって、
    前記ロータ（４）は、シャフト（６）と、該シャフト（６）上のスパイダ（７）と、該スパイダ（７）上の層状のドラム（８）とを有し、
    前記スパイダ（７）は、複数の隔離エレメント（１３）を有し、該複数の隔離エレメント（１３）は、互いの間にダクト（１４）を形成しており、前記層状のドラム（８）は、前記ダクト（１４）に接続された複数の冷却チャネル（１７）を有する、電気機械（１）用のロータ（４）を改装する方法において、
    少なくとも１つの前記ダクト及び／又は前記冷却チャネル（１７）に関連した少なくとも１つのスロットルエレメント（２５）を提供し、
    前記少なくとも１つのスロットルエレメント（２５）は、前記層状のドラム（８）に対して可動な少なくとも１つの壁部（３５）と、
    該少なくとも１つの壁部（３５）に設けられた開口（３６）と、
    該開口（３６）が前記冷却チャネル（１７）と位置合わせされるか、又は、一部若しくは完全に前記冷却チャネル（１７）を閉じるように、前記壁部（３５）の位置を調整するための前記少なくとも１つの壁部（３５）用の作動システム（３７）と、を有することを特徴とする、電気機械（１）用のロータ（４）を改装する方法。
11. 前記スロットルエレメント（２５）が提供される前にロータ（４）を作動させ、
    該ロータ（４）を作動させながら空気循環損失及び／又は温度を検出し、
    前記スロットルエレメント（２５）は、検出された空気循環損失及び／又は温度に基づいて提供される、請求項１０記載の方法。