JP6456507B2 - 回転電機 - Google Patents

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Description

この発明は、回転電機に関するもので、特に、冷却ガスを循環させて固定子および回転子を冷却する冷却構造を備えた回転電機に関するものである。
空気あるいは水素ガスなどの冷却ガスを循環させて固定子および回転子を冷却する冷却構造を備えた回転電機では、固定子および回転子をケーシングの内部に収容し、回転軸の両端に設けられた冷却ガス流入口から、回転子および固定子のそれぞれに設けられた冷却ガス流路に冷却ガスを送り、回転子および固定子を冷却し、その後、冷却ガスは、ガス冷却器において冷却され、再び回転子および固定子の冷却のために循環させられるように構成されている。
この冷却ガスを使用する回転電機においては、ファンによって循環させられる冷却ガスを均等に流して、ガス冷却器の冷却性能を十分に発揮できるように構成されている。(特許文献1)
特に、特許文献1に示された回転電機においては、冷却ガスによる冷却の状態をバランス良くするために、ガス冷却器を、回転子の回転軸の両端のそれぞれの両側面に分散して4か所に配置することが示されている。
特許第5388961号公報
ガス冷却器の冷却性能を十分に発揮できるよう、複数のガス冷却器を分散して配置する場合、ガス冷却器とガスの循環路との接続が複雑になる。また、ガス冷却器の外形の大きさによって、回転電機全体の大きさが大きくなるため、設置の自由度が低くなるという問題がある。特に、ガス冷却器を回転電機の両側面に配置した場合には、回転電機の側面に設けたガス冷却器が突出した構造になるため、広い設置面積が必要になるという問題があった。
すなわち、接地面積に余裕のある場合には、余力のある大規模なガス冷却器を設けることが考えられるが、この発明は、できるだけ小さな容積内で十分な冷却性能を確保することによって、回転電機の設置の自由度を高めることを目的とするものである。
この発明の回転電機では、固定子および回転子を収容するケーシング、両端に設けられ前記ケーシングからの高温の冷却ガスを流通する吸気口と、両端に設けられ低温の前記冷却ガスを前記ケーシングに戻す排気口と、両端の前記吸気口から吸入された高温の前記冷却ガスが流通する高温冷却ガス流路と、両端の前記排気口から前記ケーシングに低温の前記冷却ガスが流通する低温冷却ガス流路と、前記高温冷却ガス流路と前記低温冷却ガス流路との間に設けられ、高温の前記冷却ガスが熱交換を行って低温になる通風面とを有し、前記ケーシングの側面の上下横のいずれか一か所に、前記通風面が前記回転子の回転軸に対して平行に配置され、かつ前記高温冷却ガス流路が前記ケーシングに対して外側とし、前記低温冷却ガス流路が前記ケーシングの側とするように前記ケーシングに一体的に取り付けられ、両端の前記吸気口から吸気された高温の前記冷却ガスを熱交換して両端の前記排気口から前記ケーシングに流すガス冷却器、および前記ガス冷却器の前記低温冷却ガス流路と前記ケーシングとの間に設けられ、前記低温冷却ガス流路と前記ケーシングとの間の熱の伝達を妨げる断熱部を設けたものである。

この発明によれば、ガス冷却器の冷却効率が高められることによって、ガス冷却器の設置台数を必要最小限とし、設置面積の小さな回転電機を実現でき、設置の自由度を高めることができる。
この発明の実施の形態1を示す概略的な断面図である。 図1のA−Aによる概略的な断面図である。 この発明の実施の形態2を示す概略的な断面図である。 図3のB−Bによる概略的な断面図である。 この発明の実施の形態3を示す概略的な断面図である。 図5のB−Bによる概略的な断面図である。 この発明の実施の形態4の一例を示す概略的な断面図である。 図7のB−Bから見た概略的な断面図である。 この発明の実施の形態4の一例を示す概略的な断面図である。 この発明の実施の形態4の一例を示す概略的な断面図である。
実施の形態1
以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図1に示すように、回転電機100は、回転子1および固定子2を収納するケーシング10と、ケーシング10内の冷却ガスを冷却するガス冷却器20とが一体構造として構成されている。ケーシング10とガス冷却器20との間には冷却ガスを流すための配管はなく、ケーシング10にガス冷却器20が一体的に取り付けられている。回転子1および固定子2は、ガス冷却器20によって冷却された冷却ガスを直接ケーシング10内に取り込むことによって冷却される。また、ケーシング10内には、冷却ガスが循環するための冷却ガス流路3が複雑に設けられている。冷却ガス流路3は、回転子1および固定子2を冷却するために、回転子1と固定子2との間および固定子2のダクト(図示せず)が使用されている。冷却ガスは、回転子1に設けられたファン4の回転に伴って循環され、図中の矢印で示すように冷却ガス流路3を流れて回転子1および固定子2を冷却した後、ガス冷却器20に戻り、ガス冷却器20において再び冷却されて、ケーシング10に戻される。
この図1に示すように、ガス冷却器20は、両端にケーシング10と連通する冷却ガスの吸気口21と、この吸気口21から吸入された高温の冷却ガスが流通する高温冷却ガス流路22と、高温の冷却ガスが熱交換を行って低温になる通風面23と、通風面23を通過した冷却ガスが流通する低温冷却ガス流路24と、両端に設けられ低温冷却ガス流路24の低温の前記冷却ガスをケーシングに流す冷却ガスの排気口25とを備えている。
この実施の形態1においては、ガス冷却器20の取り付け位置としては、ケーシング10の側面のうち、上部に配置するようにしている。特に、ガス冷却器20の通風面23が回転子1の回転軸に対して平行に配置され、かつ高温冷却ガス流路22がケーシング10に対して外側になるように配置し、低温冷却ガス流路24がケーシング10に近い側となるように配置している。このような構成において、ケーシング10の壁面は固定子2を冷却し終えた冷却ガスによって温度が上昇しているため、ケーシング10の外壁の熱によってガス冷却器20の低温冷却ガス流路24の温度上昇を防ぐ必要がある。そのため、ケーシング10からガス冷却器20への熱の伝達を妨げるように、ケーシング10とガス冷却器20との間に断熱部30を設けている。この実施の形態1においては、断熱部30を空間としている。この断熱部30としては、他の空間に連通しない密閉された空間として、空間内に閉じ込められたガスによって熱の伝達を妨げるように構成している。また、この断熱部30に、断熱材あるいは断熱油などの液体を密封してより積極的に熱の伝達を妨げるようにすればより効果的である。
図2には、図1におけるA−A断面を概略的に示している。この断面図では、ファン4によって循環させられる冷却ガスの流路のうち、ファン4からガス冷却器20の吸気口21および高温冷却ガス流路22の入り口が表れている。また、ガス冷却器20がケーシング10の上部側に設けられているのに対して、メインリード40が下部側に設けられていることが表れている。すなわち、電力の送受を行うメインリード40に対して、ガス冷却器20を、回転子1の回転軸を中心として軸対称の方向の位置に設けるもので、メインリード40をケーシング10の下部側に引き出す場合には、ケーシング10の上部側にガス冷却器20を設けるものである。
このようにケーシング10に対して上部側にガス冷却器20を配置し、メインリード40を下部側に配置することによって、回転電機100の設置面積を小さく設定することができ、回転電機100の配置を検討する際の自由度が大きくなる。
実施の形態2
実施の形態1においては、回転電機100のメインリード40をケーシング10の下部側に引き出す構成のものを示した。しかし、メインリード40の引き出す方向は、ケーシング10の下部側に引き出すものに限られたものではなく。回転電機100の設置によっては、メインリード40をケーシング10の上部側に取り出す場合もあり得る。この場合には、図3に示すように、ガス冷却器20をケーシングの下部側に設ける。すなわち、電力の送受を行うメインリード40に対して、ガス冷却器20を、回転子1の回転軸を中心として軸対称の方向の位置に設けるもので、メインリード40をケーシング10の上部側に引き出す場合には、ケーシング10の下部側にガス冷却器20を設けるものである。
このようにケーシング10の下部側にガス冷却器10を設ける場合には、メインリード40のメンテナンス作業が行いやすいというメリットがある。また、実施の形態1において説明したと同様に、設置面積を小さく設定することができるという効果を有している。
なお、図4には、図3におけるB−B断面を概略的に示している。ここでは、メインリード40が表れないが、ケーシング10の下部側にガス冷却器20が配置されていることが表れている。
実施の形態3
実施の形態1および実施の形態2においては、断熱部30として、空間を設け、必要に応じてガスを密閉する構成を示した。この断熱部30として、他の部材を使用する場合を示したのがこの実施の形態3である。すなわち、ケーシング10とガス冷却器20との間の電熱を妨げるための断熱部30として空間内に断熱材を充填して使用する構成の回転電機100を図5および図6に示している。この図5および図6に示すように、断熱部30として、空間に断熱材を充填する構成の場合は、メンテナンスが容易であるというメリットがある。
実施の形態4
実施の形態1から実施の形態3においては、断熱部30として、空間を設け、その空間の中に、断熱ガスあるいは断熱材を封入する場合を示した。しかし、必ずしも空間を設けなくても、ケーシング10の内壁面あるいはガス冷却器20の低温冷却ガス流路24の内壁面に断熱部材を設けることでも効果を出すことができる。
すなわち、図7および図8に示すように、断熱部30として、ケーシング10内の壁面に断熱部材を貼り付ける構成としてもよい。あるいは、図9に示すように、ガス冷却器20のケーシング10側の内部壁面に断熱部材を貼る構成としても良い。さらに、図10に示すように、ケーシング10とガス冷却器20との両方の内壁面に断熱部材を設けて断熱部30を構成することによって、ケーシング10内を流れる冷却ガスとガス冷却器20内を流れる冷却ガスとの熱の伝達を妨げることができる。
なお、この発明の実施の形態においては、ガス冷却器の通風面を、ケーシングの側面のうち、上に設けた場合と、下に設けた場合を具体的に取り上げて説明したが、ガス冷却器の通風面を、回転電機の回転子の回転軸に対して平行で、ケーシングの側面の横の一か所に設置することも、格別に説明するまでもなく、この発明の異なる実施の形態として実施することができる。この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

Claims (5)

  1. 固定子および回転子を収容するケーシング、両端に設けられ前記ケーシングからの高温の冷却ガスを流通する吸気口と、両端に設けられ低温の前記冷却ガスを前記ケーシングに戻す排気口と、両端の前記吸気口から吸入された高温の前記冷却ガスが流通する高温冷却ガス流路と、両端の前記排気口から前記ケーシングに低温の前記冷却ガスが流通する低温冷却ガス流路と、前記高温冷却ガス流路と前記低温冷却ガス流路との間に設けられ、高温の前記冷却ガスが熱交換を行って低温になる通風面とを有し、前記ケーシングの側面の上下横のいずれか一か所に、前記通風面が前記回転子の回転軸に対して平行に配置され、かつ前記高温冷却ガス流路が前記ケーシングに対して外側とし、前記低温冷却ガス流路が前記ケーシングの側とするように前記ケーシングに一体的に取り付けられ、両端の前記吸気口から吸気された高温の前記冷却ガスを熱交換して両端の前記排気口から前記ケーシングに流すガス冷却器、および前記ガス冷却器の前記低温冷却ガス流路と前記ケーシングとの間に設けられ、前記低温冷却ガス流路と前記ケーシングとの間の熱の伝達を妨げる断熱部を備えたことを特徴とする回転電機。
  2. 電力の送受を行うメインリードを有し、前記ガス冷却器が、前記回転子の回転軸を中心として前記メインリードに対して軸対称の方向の位置に設けられ、前記メインリードが前記ケーシングの下部側に設けられ、前記ガス冷却器が前記ケーシングの上部側に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。
  3. 電力の送受を行うメインリードを有し、前記ガス冷却器が、前記回転子の回転軸を中心として前記メインリードに対して軸対称の方向の位置に設けられ、前記メインリードが前記ケーシングの上部側に設けられ、前記ガス冷却器が前記ケーシングの下部側に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。
  4. 前記断熱部が、前記ケーシングと前記ガス冷却器との間に設けられた空間と、前記空間の内部に充填された断熱材によって構成されていることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。
  5. 前記断熱部が、前記ケーシングの内壁面に断熱部材を設けること、あるいは前記ガス冷却器の内壁面に断熱部材を設けることの少なくともいずれかによって構成されていることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。
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