JP6898887B2 - Rotating machine and stator cooling structure - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機およびその固定子冷却構造に関する。 The present invention relates to a rotary electric machine and a stator cooling structure thereof.
回転電機の回転子鉄心および固定子鉄心においては、運転中に生ずる渦電流等による鉄損が発熱の一因となり、効率の低下の要因となる。したがって、回転子鉄心および固定子鉄心それぞれの内部における渦電流の流れを低減することが、回転電機の効率確保の上で有効である。 In the rotor core and stator core of a rotary electric machine, iron loss due to eddy currents and the like generated during operation contributes to heat generation and causes a decrease in efficiency. Therefore, reducing the flow of eddy currents inside each of the rotor core and the stator core is effective in ensuring the efficiency of the rotating electric machine.
このため、回転電機における回転子鉄心および固定子鉄心には、それぞれ、強磁性体製で中央に開口を有する円板状の電磁鋼板を軸方向に積層した積層構造を用いることが一般に行われている。電磁鋼板には、たとえば、透磁率が比較的高く低価格であるケイ素鋼板などが用いられている。 For this reason, it is common practice to use a laminated structure in which disc-shaped electromagnetic steel sheets made of ferromagnets and having an opening in the center are laminated in the axial direction, respectively, for the rotor core and the stator core in the rotary electric machine. There is. As the electromagnetic steel sheet, for example, a silicon steel sheet having a relatively high magnetic permeability and a low price is used.
固定子鉄心は、空隙を介して、回転子鉄心の径方向の外側に回転子鉄心を囲むように配され、通常、全体として円筒状に形成されている。また、固定子鉄心の径方向の内側表面には、周方向に互いに間隔をおいて配され軸方向に延びた複数のスロットが形成されている。それぞれのスロットを、固定子巻線が軸方向に貫通している。 The stator core is arranged so as to surround the rotor core on the outer side in the radial direction of the rotor core through a gap, and is usually formed in a cylindrical shape as a whole. Further, on the inner surface of the stator core in the radial direction, a plurality of slots arranged at intervals in the circumferential direction and extending in the axial direction are formed. A stator winding penetrates each slot in the axial direction.
通常、回転子鉄心および固定子はフレーム内に収納されている。フレーム内では冷却用気体が循環し、回転子鉄心、固定子鉄心および固定子巻線等を冷却する。また、回転電機の多くには、通常、冷却器が設けられており、冷却用気体は冷却器において冷却され、冷却された冷却用気体が、回転子鉄心および固定子を冷却する。 Normally, the rotor core and stator are housed in a frame. Cooling gas circulates in the frame to cool the rotor core, stator core, stator windings, and the like. Further, many rotary electric machines are usually provided with a cooler, and the cooling gas is cooled in the cooler, and the cooled cooling gas cools the rotor core and the stator.
特に固定子の内部では、固定子巻線からは、銅損すなわちジュール熱による発熱、積層構造の内部では鉄損すなわち渦電流損あるいは磁気的なヒステリシス損による発熱がある。通常、固定子鉄心の軸方向に互いに間隔をあけて径方向外側への流路である複数のダクトを設け、ダクトにおいて冷却用気体を径方向外側に流すことにより冷却効率を上げている(特許文献1参照)。 In particular, inside the stator, the stator windings generate heat due to copper loss, that is, Joule heat, and inside the laminated structure, there is heat generation due to iron loss, that is, eddy current loss, or magnetic hysteresis loss. Normally, a plurality of ducts, which are flow paths outward in the radial direction, are provided at intervals in the axial direction of the stator core, and the cooling gas is flowed outward in the radial direction in the ducts to improve the cooling efficiency (patented). Reference 1).
固定子鉄心においては、軸方向に積層された積層構造の間に隙間を設けてダクトが形成されている。ダクトは、軸方向に互いに間隔をあけた位置に形成され、固定子鉄心の径方向内側から径方向外側への流路が確保されている。冷却効率の上では、ダクトを多く設けることにより放熱のための表面積を増やすのが好ましいことになる。 In the stator core, a duct is formed by providing a gap between the laminated structures laminated in the axial direction. The ducts are formed at positions spaced apart from each other in the axial direction, and a flow path from the radial inner side to the radial outer side of the stator core is secured. In terms of cooling efficiency, it is preferable to increase the surface area for heat dissipation by providing a large number of ducts.
一方、ダクトが形成されることにより強磁性体である電磁鋼板が存在しなくなる空間においては、磁気抵抗が大きくなる。このため、トルクの確保などの電磁気的性能上は、固定子鉄心においてダクトの占める割合が小さいことが好ましい。 On the other hand, in a space where the magnetic steel sheet which is a ferromagnet does not exist due to the formation of the duct, the magnetic resistance becomes large. Therefore, in terms of electromagnetic performance such as securing torque, it is preferable that the duct occupies a small proportion in the stator core.
したがって、制限されたダクトの設置数の中で、冷却効率をできる限り向上させることが望まれている。 Therefore, it is desired to improve the cooling efficiency as much as possible within the limited number of ducts to be installed.
そこで、本発明は、回転電機の冷却能力の向上を図ることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to improve the cooling capacity of the rotary electric machine.
上述の目的を達成するため、本発明は、軸方向に延びたロータシャフトと、前記ロータシャフトの径方向外側に取り付けられた回転子鉄心とを有する回転子と、前記回転子鉄心の径方向外側に設けられ、軸方向に円筒状に積層された複数の電磁鋼板からなる複数の積層構造と、固定子鉄心内を軸方向に貫通する固定子巻線と、前記複数の電磁鋼板と前記固定子巻線を冷却するための固定子冷却構造と、を有する固定子と、前記回転子鉄心を挟んで前記ロータシャフトの軸方向の両側で前記ロータシャフトを回転可能に支持する2つの軸受と、前記回転子鉄心および前記固定子を収納する筒状のフレームと、前記フレームの両側の端部に取り付けられ、前記フレームとともに閉空間を形成するとともに、前記2つの軸受のそれぞれを静止支持する2つの軸受ブラケットと、前記閉空間内に冷却用気体を循環させる内扇と、を備える回転電機であって、前記固定子冷却構造は、前記複数の積層構造を軸方向に少なくとも部分的に貫通し、前記軸方向の間隙に連通する冷却管開口が形成された複数の冷却管と、互いに隣接する前記積層構造に部分的に挟まれて、これらの積層構造間の軸方向の間隙を形成し径方向外側への流路である固定子ダクトを形成する複数の間隙保持構造と、を具備し、前記冷却管開口は、軸方向に連続して延びる、前記冷却管の両端に近い側から軸方向の中央に行くにつれて、前記積層構造の周方向の開口幅が大きくなる長穴形状である、ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention comprises a rotor shaft having a rotor shaft extending in the axial direction, a rotor core attached to the radial outer side of the rotor shaft, and a radial outer side of the rotor core. A plurality of laminated structures composed of a plurality of electromagnetic steel plates provided in the axial direction and laminated in a cylindrical shape, a stator winding that penetrates the rotor core in the axial direction, and the plurality of electromagnetic steel plates and the stator. A stator having a stator cooling structure for cooling the windings, two bearings rotatably supporting the rotor shaft on both axial sides of the rotor shaft across the rotor core, and the above. A tubular frame that houses the rotor core and the stator, and two bearings that are attached to both ends of the frame to form a closed space together with the frame and statically support each of the two bearings. A rotary electric machine including a bracket and an internal fan for circulating a cooling gas in the closed space, wherein the rotor cooling structure penetrates the plurality of laminated structures at least partially in the axial direction. It is partially sandwiched between a plurality of cooling pipes having cooling pipe openings communicating with the axial gap and the laminated structure adjacent to each other to form an axial gap between these laminated structures, and is radially outer. A plurality of gap holding structures forming a stator duct which is a flow path to the cooling pipe are provided, and the cooling pipe opening extends continuously in the axial direction from the side close to both ends of the cooling pipe to the center in the axial direction. It is characterized in that it has an elongated hole shape in which the opening width in the circumferential direction of the laminated structure increases as it goes to.
また、本発明は、ロータシャフトと回転子鉄心とを有する回転子と、軸方向に円筒状に積層された複数の電磁鋼板からなる複数の積層構造と固定子鉄心内を軸方向に貫通する固定子巻線とを有する固定子と、前記回転子鉄心を挟んで前記ロータシャフトの軸方向の両側で前記ロータシャフトを回転可能に支持する2つの軸受と、前記回転子鉄心および前記固定子を収納する筒状のフレームと、前記フレームの両側の端部に取り付けられ、前記フレームとともに閉空間を形成するとともに、前記2つの軸受のそれぞれを静止支持する2つの軸受ブラケットと、前記閉空間内に冷却用気体を循環させる内扇と、を備える回転電機において前記複数の電磁鋼板と前記固定子巻線を冷却するための固定子冷却構造であって、前記積層構造を軸方向に少なくとも部分的に貫通し、前記軸方向の間隙に連通する冷却管開口が形成された複数の冷却管と、互いに隣接する前記積層構造に部分的に挟まれて、これらの積層構造間の軸方向の間隙を形成し径方向外側への流路である固定子ダクトを形成する複数の間隙保持構造と、を具備し、前記冷却管開口は、軸方向に連続して延びる、前記冷却管の両端に近い側から軸方向の中央に行くにつれて、前記積層構造の周方向の開口幅が大きくなる長穴形状である、ことを特徴とする。 Further, in the present invention, a rotor having a rotor shaft and a rotor core, a plurality of laminated structures composed of a plurality of electromagnetic steel plates laminated in a cylindrical shape in the axial direction, and a fixing penetrating the inside of the stator core in the axial direction. A stator having a child winding, two bearings rotatably supporting the rotor shaft on both sides of the rotor shaft in the axial direction with the rotor core sandwiched therein, and the rotor core and the stator are housed. A tubular frame, two bearing brackets attached to both ends of the frame to form a closed space together with the frame, and two bearing brackets that statically support each of the two bearings, and cooling in the closed space. A stator cooling structure for cooling the plurality of electromagnetic steel plates and the bearing windings in a rotary electric machine including an internal fan for circulating a working gas, which penetrates the laminated structure at least partially in the axial direction. A plurality of cooling pipes having cooling pipe openings communicating with the axial gaps are partially sandwiched between the laminated structures adjacent to each other to form an axial gap between the laminated structures. It is provided with a plurality of gap holding structures forming a stator duct which is a flow path outward in the radial direction, and the cooling pipe opening extends continuously in the axial direction from a side close to both ends of the cooling pipe. It is characterized in that it has an elongated hole shape in which the opening width in the circumferential direction of the laminated structure increases toward the center of the direction.
本発明によれば、回転電機の冷却能力の向上を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the cooling capacity of the rotary electric machine.
以下、図面を参照して、本発明に係る回転電機および固定子冷却構造について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。 Hereinafter, the rotary electric machine and the stator cooling structure according to the present invention will be described with reference to the drawings. Here, parts that are the same as or similar to each other are designated by a common reference numeral, and duplicate description will be omitted.
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係る回転電機の構成を示す立断面図である。回転電機200は、回転子10、2つの内扇15、固定子20、2つの軸受40、フレーム42、2つの軸受40を静止支持する2つの軸受ブラケット45、および冷却器60を有する。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of a rotary electric machine according to the first embodiment. The rotary
回転子10は、軸方向に延びて2つの軸受40によって回転可能に支持されたロータシャフト11と、ロータシャフト11の径方向外側に取り付けられた回転子鉄心12とを有する。内扇15は、軸方向に回転子鉄心12を挟んだ両側でロータシャフト11に取り付けられ、冷却用気体を循環させる。2つの内扇15は、軸流ファンである。
The
固定子20は、円筒状の固定子鉄心21と、固定子巻線28と、固定子20を冷却する固定子冷却構造100を有する。固定子鉄心21は、空隙18を介して回転子鉄心12の径方向外側に設けられており、複数の積層構造23を有する。積層構造23の径方向内側表面には、軸方向に延びて周方向に互いに間隔をあけて配された複数の溝状の固定子スロット23b(図2)が形成されている。固定子巻線28は、これらの固定子スロット23b内を貫通し軸方向の両側に延びて、固定子鉄心21の軸方向外側で、互いに接続され、あるいは外部配線と接続される。
The
積層構造23のそれぞれは、軸方向に積層されている複数の電磁鋼板22を有し、同軸に軸方向に配列されている。互いに軸方向に隣接する2つの積層構造23の間には、径方向内側から外側に向かう流路である固定子ダクト101が形成されている。複数の積層構造23は、その軸方向の両外側にそれぞれ配された2つの内側クランパ31によって挟まれている。2つの内側クランパ31のそれぞれは、その軸方向外側にそれぞれ配された2つの外側クランパ32によって挟まれている。
Each of the laminated
固定子冷却構造100は、周方向に互いに間隔をおいて固定子鉄心21の径方向の外縁の一部を軸方向に貫通する複数の締め付け用冷却管110、固定子ダクト101を形成する間隙保持構造120、および冷却管入口ガイド130を有する。
The
冷却器60は、冷却水管61および冷却水管61を収納する冷却器カバー62を有する。フレーム42、2つの軸受ブラケット45、および冷却器カバー62は、互いにあいまって閉空間42aを形成する。閉空間42aにおいて、冷却器カバー62内の空間とフレーム内の空間とは、冷却器入口開口63および2つの冷却器出口開口64により連通している。
The cooler 60 has a cooling
図2は、第1の実施形態に係る固定子冷却構造の構成を示す軸方向外側からの固定子の外観図である。 FIG. 2 is an external view of the stator from the outside in the axial direction showing the configuration of the stator cooling structure according to the first embodiment.
内側クランパ31は、中央に開口を有するほぼ円板状であって、その外径は積層構造23の外径とほぼ等しい。また、内側クランパ31には、積層構造23において固定子スロット23bにより周方向に互いに間隔をおいて形成された固定子ティース23aに対応する位置にそれぞれ、固定子ティース23aと同様の形状の歯部押さえ31aが形成されている。
The
外側クランパ32は、内側クランパ31より径方向の外側に拡がっている。すなわち、外側クランパ32の外径は、内側クランパ31の外径より大きい。また、外側クランパ32には開口32aが形成されており、開口32aの径は、内側クランパ31の外径より小さい。
The
内側クランパ31の外縁を切り欠くように、周方向に沿って、複数の冷却管用切り欠き31bが形成されている。外側クランパ32においても、冷却管用切り欠き31bに対応する位置に、それぞれ円形の冷却管貫通孔32bが形成されている。冷却管貫通孔32bが内側クランパ31の冷却管用切り欠き31bに対応する部分は、冷却管用切り欠き31bと同一形状となっている。なお、締め付け用冷却管110は、断面が円形であるが、円形に限らず、楕円形あるいは多角形等でもよい。
A plurality of
複数の締め付け用冷却管110は、外側クランパ32の冷却管貫通孔32bを貫通し、外側クランパ32の両外側で固定される。この結果、2枚の外側クランパ32に挟まれた2枚の内側クランパ31、ならびに複数の積層構造23が、軸方向に締め付けられる。
The plurality of tightening cooling
締め付け用冷却管110の固定は、外側クランパ32のそれぞれの外側に突出した範囲におねじが形成された長尺の管と両側のナットの組合せ、あるいは、一端にはボルトの頭を有し、反対側にはおねじが形成されているボルトとナットの組合せを用いてよい。あるいは、溶接部あるいはロー付け部によってもよい。
The tightening
フレーム42は、固定子20の径方向外側に配されて、回転子鉄心12および固定子20を収納する。固定子20は、フレーム42に固定されている。2つの軸受ブラケット45のそれぞれは、フレーム42の軸方向の両端に取り付けられている。2つの軸受ブラケット45のそれぞれは、2つの軸受40のそれぞれを固定支持している。
The
複数の締め付け用冷却管110は、周方向に互いに間隔をおいて配された各積層構造23の外縁の切欠き部である複数の冷却管用溝23e、2枚の内側クランパ31の複数の冷却管用切り欠き31b、および2枚の外側クランパ32の複数の冷却管貫通孔32bを貫通する。それぞれの締め付け用冷却管110の両端は開放されており、締め付け用冷却管110への冷却用気体の流入口となる。
The plurality of tightening cooling
冷却管入口ガイド130は、内扇15の出口側から締め付け用冷却管110の両端の流入口に冷却用気体をガイドするように、内扇15の径方向外側から径方向外側に外側クランパ32の径方向外側まで拡がっている。
The cooling
図3は、固定子冷却構造の構成を示す固定子ダクトにおける部分正面図である。間隙保持構造120は、複数の保持部材121を有する。それぞれ、積層構造23に形成された固定子ティース23aの周方向内側に配されて、径方向外側に延びている。
FIG. 3 is a partial front view of the stator duct showing the configuration of the stator cooling structure. The
図4は、第1の実施形態に係る固定子冷却構造の締め付け用冷却管を示す斜視図である。締め付け用冷却管110の管本体111は、断面が円形の管である。管本体111には、長手方向に間隔をおいて複数の冷却管開口112が形成されている。それぞれの冷却管開口112は、径方向外側に向かって形成されている。
FIG. 4 is a perspective view showing a cooling pipe for tightening the stator cooling structure according to the first embodiment. The pipe body 111 of the tightening
冷却管開口112は、管本体111の長手方向に垂直な平面に沿って形成されている。冷却管開口112は、締め付け用冷却管110の端部からの距離が長いほど、面積が順次増大する。具体的には、それぞれの冷却管開口112の軸方向の幅は固定子ダクト101の幅と同じであり、周方向の長さが締め付け用冷却管110の端部からの距離が長いほど長くなっている。なお、締め付け用冷却管110に形成される冷却管開口112の形状は、矩形に限定されない。すなわち、円形、楕円形、あるいは他の多角形であってもよい。
The cooling
次に、以上のように構成された本実施形態に係る固定子冷却構造100の作用を説明する。
Next, the operation of the
回転子10が回転することにより、ロータシャフト11に取り付けられた2つの内扇15が回転する。冷却用気体は、それぞれの内扇15によって、回転子鉄心12および固定子20側に駆動される。内扇15に駆動された冷却用気体は、互いに並列な流れとなる。
As the
一方は、軸方向の両外側から、空隙18に流入し、軸方向の中央に向かう流れである。この流れは、間隙保持構造120によって形成されている固定子ダクト101の軸方向位置において、順次、固定子ダクト101に流入し、径方向外側に向かって流れる。
One is a flow that flows into the
他方は、それぞれの冷却管入口ガイド130に沿って流れ、固定子鉄心21の径方向外側に接する複数の締め付け用冷却管110に、その両端から流入する。締め付け用冷却管110に軸方向両側から流入した冷却用気体は、管本体111に形成された冷却管開口112から、径方向外側に向かって流出する。
The other flows along the respective cooling pipe inlet guides 130 and flows into a plurality of tightening cooling
冷却管開口112の面積は、締め付け用冷却管110の両端の入り口から長手方向の中央に向かうにしたがって、順次増大するため、軸方向に配されたそれぞれの冷却管開口112からの流出量は、互いに同程度の流量となる。
Since the area of the
固定子20において発生する熱は、電磁鋼板22を経由して、締め付け用冷却管110に伝達される。締め付け用冷却管110に伝達された熱は、締め付け用冷却管110に形成された冷却管開口112から流出する冷却用気体によって除去される。また、締め付け用冷却管110が軸方向に固定子ダクト101を横切る部分では、固定子ダクト101から流出する冷却用気体によっても、締め付け用冷却管110が冷却される。
The heat generated in the
固定子ダクト101および締め付け用冷却管110から流出した冷却用気体は、冷却器入口開口63から冷却器60内に流入する。冷却器60内に流入した冷却用気体は、冷却水管61の外側を通りながら、冷却水管61内を流れる冷却水により冷却される。冷却器60内で冷却された冷却用気体は、冷却器カバー62内で軸方向に分かれ、それぞれ、2つの冷却器出口開口64の一方から流出し、フレーム42内に流入する。フレーム42内に流入した冷却用気体は、再び、内扇15に流入し、駆動される。
The cooling gas flowing out of the
このように、締め付け用冷却管110による冷却作用が加わることにより、冷却性能が向上する。
In this way, the cooling action of the tightening
内扇15から見た流路は、従来の空隙18から固定子ダクト101に流入する経路に加えて、締め付け用冷却管110に流入する経路が並列に加わったことにより、一巡の圧力損失が減少する。この結果、運転状態での流量の増大とヘッドの減少となる。内扇15の動力は、流量とヘッドの積に比例するが、流量は増加する一方、ヘッドは減少することから、仮に内扇15の動力が増大する場合でも、その程度は小さい。
In the flow path seen from the
さらに、固定子20の冷却性能を向上することで、固定子鉄心21に形成される固定子ダクト101の幅を減少させることができ、その分、電磁鋼板22を多く積層できるため回転電機200の出力を増加させることができる。
Further, by improving the cooling performance of the
このように、本実施形態に係る固定子冷却構造100によって、回転電機の効率を下げることなく、あるいは効率を向上させながら、冷却能力を向上させることができる。
As described above, the
[第2の実施形態]
図5は、第2の実施形態に係る回転電機の構成を示す立断面図である。本第2の実施形態は、第1の実施形態の変形である。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a vertical cross-sectional view showing the configuration of the rotary electric machine according to the second embodiment. The second embodiment is a modification of the first embodiment.
本第2の実施形態に係る回転電機200においては、第1の実施形態における締め付け用冷却管110に代えて、固定子20は、締め付けロッド33(図8)を有し、固定子20の固定子冷却構造100は、複数の冷却管110aを有する。さらに、固定子冷却構造100の間隙保持構造120aおよび冷却管入口ガイド130aが第1の実施形態とは異なっている。その他の点においては、第1の実施形態と同様である。
In the rotary
図6は、第2の実施形態に係る固定子冷却構造の構成を示す軸方向外側からの固定子の外観図である。 FIG. 6 is an external view of the stator from the outside in the axial direction showing the configuration of the stator cooling structure according to the second embodiment.
内側クランパ31の外縁を切り欠くように、周方向に沿って、複数のロッド用切り欠き31cが形成されている。また、複数のロッド用切り欠き31cに対応するように、積層構造23の外縁を切り欠くように、周方向に沿って、複数のロッド用溝23cが形成されている。
A plurality of
外側クランパ32においても、ロッド用切り欠き31cに対応する位置に、それぞれ円形のロッド貫通孔32cが形成されている。ロッド貫通孔32cが内側クランパ31のロッド用切り欠き31cに対応する部分は、ロッド用切り欠き31cと同一形状となっている。なお、締め付けロッド33は、断面が円形であるが、円形に限らず、楕円形あるいは多角形等でもよい。
Also in the
複数の締め付けロッド33は、外側クランパ32のロッド貫通孔32cを貫通し、外側クランパ32の両外側で固定される。この結果、2枚の外側クランパ32に挟まれた2枚の内側クランパ31、ならびに複数の積層構造23が、軸方向に締め付けられる。締め付けロッド33の固定については、第1の実施形態における締め付け用冷却管110の固定と同様である。
The plurality of tightening
固定子冷却構造100は、固定子ダクト101を形成する間隙保持構造120a、周方向に互いに間隔をおいて固定子鉄心21内を軸方向に貫通する複数の冷却管110a、および冷却管入口ガイド130aを有する。
The
各積層構造23および2枚のクランパ31のそれぞれには、外側クランパ32の開口32aより径方向内側の範囲に、周方向に互いに間隔をあけて、複数の冷却管用貫通孔23dおよび複数の冷却管用貫通孔31dがそれぞれ形成されている。
Each of the
複数の冷却管110aは、各積層構造23に形成された冷却管用貫通孔23d、2枚の内側クランパ31に形成された冷却管用貫通孔31d、および2枚の外側クランパ32の開口32aを貫通する。それぞれの冷却管110aの両端は開放されており、冷却管110aへの冷却用気体の流入口となる。
The plurality of cooling
冷却管入口ガイド130aは、内扇15の出口側から冷却管110aの両端の流入口に冷却用気体をガイドするように、内扇15の径方向外側から径方向外側に外側クランパ32の軸方向外側の側面まで拡がっている。
The cooling
図7は、第2の実施形態に係る固定子冷却構造の構成を示す固定子の部分縦断面図である。また、図8は、図7のVIII−VIII線矢視部分断面図である。なお、図7においては、締め付けロッド33の図示を省略している。
FIG. 7 is a partial vertical sectional view of the stator showing the configuration of the stator cooling structure according to the second embodiment. Further, FIG. 8 is a partial cross-sectional view taken along the line VIII-VIII of FIG. In FIG. 7, the tightening
間隙保持構造120aは、第1保持部材122および第2保持部材123を有する。第1保持部材122および第2保持部材123は、それぞれ、積層構造23に形成された固定子ティース23aの周方向内側に配されて、径方向外側に延びている。第1保持部材122に比べて、第2保持部材123の方が、径方向外側に長く延びている。
The
固定子ティース23aが形成されている角度位置に対応して、第1保持部材122、第2保持部材123のいずれかが設けられるか、あるいは冷却管110aが貫通している。周方向の配列は、冷却管110aが貫通する角度位置の周方向の両外側に第1保持部材122、さらにその周方向の両外側に第2保持部材123が配されている。このような構成単位が、周方向に互いに隣り合って配されている。
Either the first holding
図9は、第2の実施形態に係る固定子冷却構造の冷却管を示す斜視図である。冷却管110aの管本体111aは、断面が円形の管である。管本体111aには、長手方向に間隔をおいて複数の冷却管開口112aが形成されている。冷却管開口112aは、管本体111aの長手方向に垂直な平面に沿って形成されている。冷却管開口112aは、冷却管110aの端部からの距離が長いほど、面積が順次増大する。具体的には、それぞれの冷却管開口112aの軸方向の幅は固定子ダクト101の幅と同じであり、周方向の長さが冷却管110aの端部からの距離が長いほど長くなっている。
FIG. 9 is a perspective view showing a cooling pipe of the stator cooling structure according to the second embodiment. The
複数の冷却管開口112aのそれぞれの長手方向の位置は、固定子鉄心21に形成された固定子ダクト101の軸方向位置に一致している。また、それぞれの冷却管開口112aは、径方向外側に向かって形成されている。
The positions of the plurality of
次に、以上のように構成された本実施形態に係る固定子冷却構造100の作用を説明する。
Next, the operation of the
回転子10が回転することにより、ロータシャフト11に取り付けられた2つの内扇15が回転する。冷却用気体は、それぞれの内扇15によって、回転子鉄心12および固定子20側に駆動される。内扇15に駆動された冷却用気体は、互いに並列な流れとなる。
As the
一方は、軸方向の両外側から、空隙18に流入し、軸方向の中央に向かう流れである。この流れは、間隙保持構造120aによって形成されている固定子ダクト101の軸方向位置において、順次、固定子ダクト101に流入し、径方向外側に向かって流れる。
One is a flow that flows into the
他方は、それぞれの冷却管入口ガイド130aに沿って流れ、固定子鉄心21を貫通する複数の冷却管110aに、その両端から流入する。冷却管110aに軸方向両側から流入した冷却用気体は、間隙保持構造120aによって形成されている固定子ダクト101の軸方向位置において順次、管本体111aに形成された冷却管開口112aから、径方向外側に向かって流出する。
The other flows along the respective cooling pipe inlet guides 130a and flows into a plurality of cooling
固定子20で発生した熱は、それぞれの積層構造23において、熱の放出箇所である積層構造23の径方向外側表面に向かって流れる。この熱の流れの途中に、冷却管110aが設けられているため、冷却管110aの管壁を経由して冷却管110a内の冷却用気体に熱が伝搬し、冷却用気体が熱を除去する効果が生ずる。
The heat generated by the
冷却管開口112aの面積は、冷却管110aの両端の入り口から長手方向の中央に向かうにしたがって、順次増大するため、軸方向に配されたそれぞれの冷却管開口112aからの流出量は、互いに同程度の流量となる。
Since the area of the
固定子ダクト101において、冷却管110aから径方向外側に向かって流出した冷却用気体は、図8の矢印で示すように、隣接する第1保持部材122およびその周方向の外側に隣接する第2保持部材123に沿って扇状に広がる。このため、2つの第2保持部材123に挟まれた領域においては、空隙18から固定子ダクト101に流入する冷却用気体に加えて、冷却管110aの冷却管開口112aから噴き出す冷却用気体の流れが生ずる。
In the
冷却管110aの冷却管開口112aから固定子ダクト101内に流出した冷却用気体は、空隙18から流入して固定子ダクト101内を流れる冷却用気体の流れを加速させながら、互いに混合し、固定子ダクト101を流れ、さらに固定子ダクト101の径方向外側に流出する。
The cooling gas flowing out from the cooling
固定子ダクト101から流出した冷却用気体は、冷却器入口開口63から冷却器60内に流入する。冷却器60内に流入した冷却用気体は、冷却水管61の外側を通りながら、冷却水管61内を流れる冷却水により冷却される。冷却器60内で冷却された冷却用気体は、冷却器カバー62内で軸方向に分かれ、それぞれ、2つの冷却器出口開口64の一方から流出し、フレーム42内に流入する。フレーム42内に流入した冷却用気体は、再び、内扇15に流入し、駆動される。
The cooling gas flowing out of the
このように、固定子ダクト101内に冷却管110aから冷却用気体が流出することにより、固定子ダクト101内を流れる冷却用気体の流量が増加する。また、積層構造23から冷却管110aに移動した熱が冷却用気体によって除去される。この結果、冷却用気体による序熱量が増加し、冷却能力が増大する。
In this way, the cooling gas flows out from the
内扇15から見た流路は、従来の空隙18から固定子ダクト101に流入する経路に加えて、冷却管110aから固定子ダクト101に流入する経路が並列に加わったことにより、一巡の圧力損失が減少する。この結果、運転状態での流量の増大とヘッドの減少となる。内扇15の動力は、流量とヘッドの積に比例するが、流量は増加する一方、ヘッドは減少することから、仮に内扇15の動力が増大する場合でも、その程度は小さい。
The flow path seen from the
このように、本実施形態に係る固定子冷却構造100によって、回転電機の効率を下げずに冷却能力を向上することができる。
As described above, the
[第3の実施形態]
図10は、第3の実施形態に係る固定子冷却構造の冷却管を示す平面図である。また、図11は、第3の実施形態に係る固定子冷却構造の冷却管を示す正面図である。なお、説明の都合上、積層構造23の部分的な縦断面を2点鎖線で表示している。
[Third Embodiment]
FIG. 10 is a plan view showing a cooling pipe of the stator cooling structure according to the third embodiment. Further, FIG. 11 is a front view showing a cooling pipe of the stator cooling structure according to the third embodiment. For convenience of explanation, the partial vertical cross section of the
本第3の実施形態は、第2の実施形態の変形である。本実施形態における固定子冷却構造100の冷却管110bは、管本体111aに形成された冷却管開口112bが、第2の実施形態における管本体111aに形成された冷却管開口112aと異なる。これ以外については、第2の実施形態と同様である。
The third embodiment is a modification of the second embodiment. In the
本実施形態においては、管本体111aに形成された冷却管開口112bが、長手方向に連続して延びている。冷却管110bの両端の開口に近い側から、軸方向の中央に行くにつれて、開口の幅が大きくなるように形成されている。
In the present embodiment, the cooling
このように形成された本実施形態においては、冷却管110bの開口の径方向の外側に積層構造23が存在している軸方向領域では、積層構造23に形成されている冷却管用貫通孔23dが軸方向への流路となる。このため、冷却用気体は、間隙保持構造120aによって積層構造23間に固定子ダクト101が形成されている軸方向領域でのみ径方向外側に流出する。
In the present embodiment formed in this way, in the axial region where the
このように、本実施形態における冷却管110bでは、固定子ダクト101の軸方向位置に合わせて開口を形成する必要はない。また、多数箇所に開口を形成する必要がない。このため、開口の形成にあたっての確認、調整、および加工における負荷が軽減される。
As described above, in the
[その他の実施形態]
以上、本発明の実施形態を説明したが、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。たとえば、実施形態では、ロータシャフト11が水平方向に延びた横型の回転電機の場合を例にとって示しているが、これに限定されない。ロータシャフトが鉛直方向に延びた立形の回転電機であってもよい。また、実施形態では、内扇15が、回転子鉄心12を挟んで軸方向の両側にそれぞれ取り付けられている場合を例にとって示したが、一方のみに設けられている場合でもよい。
[Other Embodiments]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. For example, in the embodiment, the case of a horizontal rotary electric machine in which the
また、実施形態では、内扇15が軸流ファンである場合を例にとって示したが、例えば、遠心ファンであってもよい。この場合は、冷却用気体の流れが実施形態とは逆方向となるが、冷却管を経由する流路と空隙を経由する流路とが並列に存在することにより、同様の効果が得られる。
Further, in the embodiment, the case where the
また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。たとえば、第1の実施形態における締め付け用冷却管110と、第2の実施形態あるいは第3の実施形態における固定子冷却構造とを組み合わせてもよい。
Moreover, you may combine the features of each embodiment. For example, the tightening
さらに、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。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。 Further, the embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. The embodiments and variations thereof are included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof, as are included in the scope and gist of the invention.
10…回転子、11…ロータシャフト、12…回転子鉄心、15…内扇、18…空隙、20…固定子、21…固定子鉄心、22…電磁鋼板、23…積層構造、23a…固定子ティース、23b…固定子スロット、23c…ロッド用溝、23d…冷却管用貫通孔、23e…冷却管用溝、28…固定子巻線、31…内側クランパ、31a…歯部押さえ、31b…冷却管用切り欠き、31c…ロッド用切り欠き、31d…冷却管用貫通孔、32…外側クランパ、32a…開口、32b…冷却管貫通孔、32c…ロッド貫通孔、33…締め付けロッド、40…軸受、42…フレーム、42a…閉空間、45…軸受ブラケット、60…冷却器、61…冷却水管、62…冷却器カバー、63…冷却器入口開口、64…冷却器出口開口、100…固定子冷却構造、101…固定子ダクト、110…締め付け用冷却管、110a、110b…冷却管、111、111a…管本体、112、112a、112b…冷却管開口、120、120a…間隙保持構造、121…保持部材、122…第1保持部材、123…第2保持部材、130、130a…冷却管入口ガイド、200…回転電機 10 ... rotor, 11 ... rotor shaft, 12 ... rotor core, 15 ... inner fan, 18 ... void, 20 ... stator, 21 ... stator core, 22 ... electromagnetic steel plate, 23 ... laminated structure, 23a ... stator Teeth, 23b ... Rotor slot, 23c ... Rod groove, 23d ... Cooling pipe through hole, 23e ... Cooling pipe groove, 28 ... Rotor winding, 31 ... Inner clamper, 31a ... Tooth presser, 31b ... Cooling pipe cutting Notch, 31c ... Rod notch, 31d ... Cooling pipe through hole, 32 ... Outer clamper, 32a ... Opening, 32b ... Cooling pipe through hole, 32c ... Rod through hole, 33 ... Tightening rod, 40 ... Bearing, 42 ... Frame , 42a ... closed space, 45 ... bearing bracket, 60 ... cooler, 61 ... cooling water pipe, 62 ... cooler cover, 63 ... cooler inlet opening, 64 ... cooler outlet opening, 100 ... stator cooling structure, 101 ... Rotor duct, 110 ... tightening cooling pipe, 110a, 110b ... cooling pipe, 111, 111a ... pipe body, 112, 112a, 112b ... cooling pipe opening, 120, 120a ... gap holding structure, 121 ... holding member, 122 ... 1st holding member, 123 ... 2nd holding member, 130, 130a ... Cooling pipe inlet guide, 200 ... Rotor
Claims (6)
前記回転子鉄心の径方向外側に設けられ、軸方向に円筒状に積層された複数の電磁鋼板からなる複数の積層構造と、固定子鉄心内を軸方向に貫通する固定子巻線と、前記複数の電磁鋼板と前記固定子巻線を冷却するための固定子冷却構造と、を有する固定子と、
前記回転子鉄心を挟んで前記ロータシャフトの軸方向の両側で前記ロータシャフトを回転可能に支持する2つの軸受と、
前記回転子鉄心および前記固定子を収納する筒状のフレームと、
前記フレームの両側の端部に取り付けられ、前記フレームとともに閉空間を形成するとともに、前記2つの軸受のそれぞれを静止支持する2つの軸受ブラケットと、
前記閉空間内に冷却用気体を循環させる内扇と、
を備える回転電機であって、
前記固定子冷却構造は、
前記複数の積層構造を軸方向に少なくとも部分的に貫通し、前記軸方向の間隙に連通する冷却管開口が形成された複数の冷却管と、
互いに隣接する前記積層構造に部分的に挟まれて、これらの積層構造間の軸方向の間隙を形成し径方向外側への流路である固定子ダクトを形成する複数の間隙保持構造と、
を具備し、
前記冷却管開口は、軸方向に連続して延びる、前記冷却管の両端に近い側から軸方向の中央に行くにつれて、前記積層構造の周方向の開口幅が大きくなる長穴形状である、回転電機。 A rotor shaft having a rotor shaft extending in the axial direction and a rotor core attached to the radial outer side of the rotor shaft, and a rotor shaft.
A plurality of laminated structures composed of a plurality of electromagnetic steel plates provided on the outer side in the radial direction of the rotor core and laminated in a cylindrical shape in the axial direction, a stator winding that penetrates the stator core in the axial direction, and the above. A stator having a plurality of electromagnetic steel plates and a stator cooling structure for cooling the stator windings,
Two bearings that rotatably support the rotor shaft on both sides of the rotor shaft in the axial direction with the rotor core interposed therebetween.
A tubular frame for accommodating the rotor core and the stator, and
Two bearing brackets that are attached to both ends of the frame to form a closed space together with the frame and statically support each of the two bearings.
An inner fan that circulates a cooling gas in the closed space,
It is a rotary electric machine equipped with
The stator cooling structure
A plurality of cooling pipes having a cooling pipe opening that penetrates the plurality of laminated structures at least partially in the axial direction and communicates with the gap in the axial direction.
A plurality of gap holding structures that are partially sandwiched between the laminated structures adjacent to each other to form an axial gap between these laminated structures and form a stator duct that is a flow path outward in the radial direction.
Equipped with
The cooling pipe opening is an elongated hole shape that extends continuously in the axial direction and in which the opening width in the circumferential direction of the laminated structure increases from the side close to both ends of the cooling pipe toward the center in the axial direction. Electric.
前記冷却管は、前記複数の貫通孔を貫通することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の回転電機。 In the plurality of laminated structures, a plurality of through holes penetrating in the axial direction at intervals in the circumferential direction are formed.
The rotary electric machine according to claim 1 or 2, wherein the cooling pipe penetrates the plurality of through holes.
径方向に延びた第1保持部材と、
径方向に延びて前記第1保持部材より長さの長い第2保持部材と、
を具備し、
周方向には、前記冷却管の両側に前記第1保持部材がそれぞれ配され、
前記第1保持部材を挟んで周方向の両側に前記第2保持部材が配されている、
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の回転電機。 The gap holding structure is
The first holding member extending in the radial direction and
A second holding member that extends in the radial direction and is longer than the first holding member,
Equipped with
In the circumferential direction, the first holding members are arranged on both sides of the cooling pipe.
The second holding member is arranged on both sides in the circumferential direction with the first holding member interposed therebetween.
The rotary electric machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the rotary electric machine is characterized in that.
前記冷却管は、前記複数の冷却管用溝に沿って配され、前記複数の積層構造を軸方向に締め付けることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の回転電機。 A plurality of cooling pipe grooves extending in the axial direction are formed on the outer peripheral surfaces of the plurality of laminated structures at intervals in the circumferential direction.
The rotary electric machine according to claim 1 or 2, wherein the cooling pipes are arranged along the plurality of cooling pipe grooves, and the plurality of laminated structures are tightened in the axial direction.
前記積層構造を軸方向に少なくとも部分的に貫通し、前記軸方向の間隙に連通する冷却管開口が形成された複数の冷却管と、
互いに隣接する前記積層構造に部分的に挟まれて、これらの積層構造間の軸方向の間隙を形成し径方向外側への流路である固定子ダクトを形成する複数の間隙保持構造と、
を具備し、
前記冷却管開口は、軸方向に連続して延びる、前記冷却管の両端に近い側から軸方向の中央に行くにつれて、前記積層構造の周方向の開口幅が大きくなる長穴形状である、
固定子冷却構造。 It has a rotor having a rotor shaft and a rotor core, a plurality of laminated structures composed of a plurality of electromagnetic steel plates laminated in a cylindrical shape in the axial direction, and a stator winding that penetrates the stator core in the axial direction. A stator, two bearings that rotatably support the rotor shaft on both sides of the rotor shaft in the axial direction with the rotor core sandwiched therein, and a tubular frame for accommodating the rotor core and the stator. Two bearing brackets that are attached to both ends of the frame to form a closed space together with the frame and statically support each of the two bearings, and a cooling gas that circulates in the closed space. A stator cooling structure for cooling the plurality of electromagnetic steel plates and the stator windings in a rotary electric machine including a fan.
A plurality of cooling pipes having a cooling pipe opening that penetrates the laminated structure at least partially in the axial direction and communicates with the gap in the axial direction.
A plurality of gap holding structures that are partially sandwiched between the laminated structures adjacent to each other to form an axial gap between these laminated structures and form a stator duct that is a flow path outward in the radial direction.
Equipped with
The cooling pipe opening has an elongated hole shape that extends continuously in the axial direction, and the opening width in the circumferential direction of the laminated structure increases from the side near both ends of the cooling pipe toward the center in the axial direction.
Stator cooling structure.
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