JPH04133641A

JPH04133641A - 突極形回転電機

Info

Publication number: JPH04133641A
Application number: JP24882790A
Authority: JP
Inventors: Akinori Mizuyama; 水山　昭徳
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-09-20
Filing date: 1990-09-20
Publication date: 1992-05-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は、強制冷却通風電動ファンを備え固定子と回転
子の分離通風を行った突極形回転電機に関するものであ
る。

（従来の技術）一般に、揚水発電所に設置される発電電動機は、空気の
循環によって冷却され、通常別置の強制通風用電動ファ
ンによって冷却空気を循環させる通風方式がとられてい
る。

この通風方式の場合機内の冷却空気は、第４図に示すよ
うに強制冷却通風用電動ファン１により固定子枠２内に
流入し、磁極３の間の空間に導かれる。また一部の冷却
空気は回転子スパイダー４に設けられた通風穴５から回
転子スパイダー内に流入し、回転子リム６に設けられた
流路７を通って同じく磁極３の間の空間へ導かれる。冷
却空気が磁極間空間を流れる間に界磁コイル８および磁
極鉄心９を冷却し、次いで冷却空気はエアーギャップ１
０を越えて固定子ダクト１１へはいり、固定子ダクトを
通る間に固定子コイル１２および固定子鉄心１３を冷却
する。次いで、固定子枠２の外周に設けた空気冷却器１
４を通過する間に熱が取り去られ冷却空気は再循環され
る。

この通風方式では、前記したように、固定子を冷却する
空気が最初回転子内を流れ、次いでエアーギャップを越
えるので、それが固定子に達する以前に回転子損によっ
て加熱される。したがって、固定子で必要な冷却作用を
得るには、大量の空気流が必要であった。さらに大量の
空気流が流入、かつさまざまの通風回路から冷却空気が
磁極間空間に流入するため、相互干渉等による風損が大
きく主機の効率が悪いという欠点があった。

この結果、回転子周速が１３０ｍ／ｓを越えるような超
高速大容量発電電動機などでは、さらに大風量が必要と
なるため所要の通風面積が確保できず、従来の通風方式
では所要の冷却風量を流すことができなくなり、回転子
コイルあるいは固定子コイルに直接冷却液を流して冷却
するところの構造が複雑でかつ高価な直接冷却方式を採
用せざるを得ないという結果になっていた。

そこで、この問題を解決するために強制冷却通風用電動
ファンを備え、固定子と回転子の分離通風を行うことに
より直接冷却方式を採用することなく大容量化できる突
極形回転電機が提案されている。

第５図はその従来例を示すもので、突極形回転電機の断
面図である。図に示すように、固定子内径側に円筒状通
風仕切壁３２を構成し、固定子鉄心と鉄心内固定子コイ
ルを他の通風系から分離すると共に、固定子枠２は円周
方向複数の室に仕切り、固定子枠２の外周面に強制冷却
用電動ファン１５、空気冷却器１６を仕切られた室ごと
に交互に配置するように構成されている。また固定子枠
２の上側外周面に複数個の強制冷却用電動ファン１７、
固定子枠２の下側外周面に複数個の空気冷却器１８を配
置するように構成していた。

また回転子スパイダー４には通風穴を設けず、回転子リ
ム６にも流路を設けないように構成していた。

この通風方式の場合、回転子を冷却するための空気は、
第４図に示すように強制冷却用電動ファン１７により固
定子枠２内へ流入し、上側固定子コイルエンド１９を冷
却した後、磁極間空間２０へはいり、この空間を軸方向
上から下へ吹き抜け、冷却空気が磁極間空間を流れる間
に界磁コイル８および磁極鉄心９を冷却する。次いで、
下側固定子コイルエンド２１を冷却した冷却空気は空気
冷却器】８を通過する間に熱を放出した後、再循環され
ていた。

一方、固定子鉄心および鉄心内固定子コイルを冷却する
ための空気は、第６図に示すように、強制冷却用電動フ
ァン１５により固定子枠２内の流入セクション２２へ流
入し、固定子ダクト１１へはいり、半径方向外から内へ
向って流れる。この固定子ダクトを通る間に流入セクシ
ョン２２内にある固定子コイル１２および固定子鉄心１
３を冷却する。次いで冷却空気は円筒状通風仕切壁３２
により固定子内径側に形成された室２３へはいり、円周
方向へ流れ、流出セクション２４の固定子ダクトＩＩへ
流入し、半径方向内から外へ向って流れる。そして固定
子ダクトを通る間に流出セクション２４内の固定子コイ
ル１２および固定子鉄心１３を冷却する。次いで、冷却
空気は固定子枠内流出セクション２５へ流出し、空気冷
却器１６を通過する間に熱を放出した後、再循環される
。

（発明が解決しようとする課題）ここで、これは固定子が円周方向に給気チャンバーと排
気チャンバーに分かれていることを特徴としているが、
ここに重大な問題点があることが、近年の研究により明
らかになった。

すなわち、固定子を円周方向あるいは軸方向に仕切り、
給気チャンバーと排気チャンバーに分けると、円周方向
あるいは軸方向に温度アンバランスが生じ、特に排気チ
ャンバー側の固定子コイルの温度が異常に上昇する不具
合が発生する恐れがあることが明らかになった。

本発明は温度アンバランスがないように固定子と回転子
の通風系を分離した突極形回転電機を提供することを目
的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）突極形回転電機の固定子枠の固定子鉄心背部を仕切って
形成された冷却空気流入セクションと、この冷却空気流
入セクションにおける固定子枠外周に設けられた固定子
冷却用電動ファンと、固定子枠上側外周面に設けられた
回転子冷却用電動ファンと、固定子枠下側外周面に設け
られた空気冷却器と、回転子の外周部近傍に設けられ固
定子と回転子との冷却通風経路を分離するための磁極間
仕切板とを備えたことを特徴とする。

（作用）突極形回転子を磁極間仕切板により円筒状にして固定子
と回転子の通風系を分離し、固定子コアパックをすへて
給気チャンバーとして、冷却空気をすへて外径側から内
径側に向けて通風するので、固定子は円周方向あるいは
軸方向に温度アンバランスがなくなり、固定子鉄心およ
び固定子コイルは均一に冷却される。また、固定子枠を
給気チャンバーと排気チャンバーに分離する必要がなく
なるので、固定子枠の構造が飛躍的に簡素化する。

（実施例）以下本発明の一実施例を第１図および第２図を参照して
説明する。第１図は本発明の一実施例を示す突極形回転
電機の断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図である。

図に示すように突極形回転子を極間仕切板３３により円
筒状に構成し、固定子と回転子の通風系を分離する。固
定子鉄心１３の背面（以下コアバック３４と呼ぶ）の固
定子枠にチャンバー３５を設ける。このチャンバー３５
部分の固定子枠の外周面に固定子冷却用電動ファン１５
を複数個配置し、冷却空気を外からチャンバー３５に送
りこむように構成する。従ってチャンバー３５はすへて
給気チャンバーとなる。

次に、固定子枠２の上側外周面に、同しく回転子冷却用
電動ファン１を複数個配置し、冷却空気を外から固定子
枠２内の上部に送り込むように構成する。

また固定子枠の下側外周面に複数個の空気冷却器１４を
配置する。

また固定子鉄心１３内周部の上端に仕切り３６を設け、
固定子冷却空気と回転子冷却空気とが混ざらないように
するとさらに効果的である。

本発明による作用を第６図を参照して説明する。

ここで、空気比熱をＣｒ、空気比重量をγ、従来方式の
全損失をり。、風量をＱ。、空気の温度上昇をΔ１ｏと
すると熱量のバランスからＬ　ａ−Ｑ　ｏ’Δｔｏ−Ｃｒ・γ−−−　−−−（１
）という関係が成り立つ。一方、本発明による回転子を
冷却するのに必要な風量をＱｌとし、この風量Ｑ１がう
けもつ損失をＬ工、その時の空気の温度上昇をΔｔよ、
また固定子を冷却するのに必要な風量をＱ２、この風量
Ｑ２がうけもつ損失をＬ２その時の空気の温度上昇をΔ
ｔ２とすると、Ｌ工＝Ｑ、・△ｔ□・Ｃｒ・γ・・・・
・・（２）Ｌ２二Ｑ２・Δｔ２・Ｃｒ・γ・・・・・（
３）となる。また全損失は変わらないのでＬｏ＝Ｌ□＋Ｌ２・・・・・・・・・・・・・・・・・
・（４）が成り立つ。従来方式の空気の温度上昇Δｔ０
は、固定子を冷却する空気が最初回転子内を流れるため
、回転子損による温度上昇と固定子純による温度上昇の
和であるが、本発明のように固定子と回転子を分離して
通風すれば、それぞれ空気の温度上昇をΔｔ、まで許せ
るので Δｊ、＝Δｔ１＝Δｔ２　・・・・・・・・・・・（５
）とすることができる。従って、（１）〜（５）式によ
りＱ、＝Ｑ工＋Ｑ２という関係が成り立つ。

通常、　Ｌ、＝０．４−　Ｌｏ、　Ｌ２＝０．６・Ｌ。

なので、となり、回転子を冷却するのに必要な風量は、
従来方式に比較して４０％でよいことになる。また固定
子を冷却するのに必要な風量も従来方式に比較して６０
％でよいことになる。第３図は、従来方式および本発明
による通風特性曲線であり、曲線２６は従来方式の通風
抵抗、曲線２７は本発明による回転子側通風回路の通風
抵抗、曲線２８は固定子側通風回路の通風抵抗である。

図に示したように固定子と回転子を分離して通風した場
合それぞれの通風抵抗は従来方式に比較して小さくなる
。このとき前記風量Ｑ。Ｔ　Ｑ　ｉ　ｌ　Ｑ　Ｚの風量
を発生するのに必要な圧力発生側ＰＱ特性は従来方式で
は曲！２９、本発明による回転子側では曲線３０、固定
子側では曲線３１となる。この圧力発生側ＰＱ特性曲線
と前記通風特性曲線の交点が作動点となり、前記風量Ｑ
、、Ｑ、、Ｑ２に対応した圧力はそれぞれＰ。、Ｐｌ。

Ｐ２となる。通常、通風抵抗は風量のほぼ２乗に比例し
て増加するのでである。

図より明らかな如く、通風抵抗面４！２７．２８は従来
の通風抵抗面１ｉＡ２６を下廻るので、所要圧力Ｐ工。

Ｐ２はとなる。これらの風量、圧力を発生するための動力Ｗは
、ＰとＱの積に比例するので従来方式の動力をＷ。とす
れば、（６）式および（８）式より本発明による回転側
での動力Ｗ□、固定子側での動力Ｗ２はそれぞれＷ、＜０．４３−ＷｏＷ２＜０．６’・Ｗ。

となり両者の合計はＷ、＋Ｗ２＜０．２８・Ｗ。

である。以上の解析結果より本発明の実施例において、
必要な動力は従来方式に比較して３０％以下となり大幅
な動力減少をはかることができる。

本発明は、以上説明したように従来方式では回転子を冷
却する空気が最初回転子内を流れ固定子に達する以前に
回転子損によって加熱され、固定子で必要な冷却作用を
得るために大量の空気流が必要であったものが、回転子
と固定子を分離して通風することにより、冷たい空気が
固定子内に入るので固定子を冷却するために要する空気
量が大幅に少なくて済むように作用する。そのため固定
子内を流れる冷却空気の流速が小さくなり通風抵抗が小
さくなるように作用する。さらに従来方式では大動力の
強制冷却用電動ファンが必要であったものが小動力のも
ので済むという作用も生ずる。

一方間転子も固定子から分離して通風されるため、回転
子を冷却するのに要する空気量が大幅に少なくて済むよ
うに作用する。さらに従来方式ではさまざまな通風路か
ら冷却空気が、磁極間空間に流入するため相互干渉によ
る風損が大きかったものが、磁極間空間を軸方向上から
下へ一方的に通風できるため前記相互干渉による風損が
大幅に減少するように作用する。

［発明の効果］以上のように本発明によれば、強制冷却通風用電動ファ
ンを備えた突極形回転電機において、固定子と回転子の
分離通風を効果的に行ったので。

それぞれに流れる冷却風量を少なくでき、風損も減少で
きる。また、温度アンバランスがなくなり、固定子鉄心
および固定子コイルは均一に冷却される。また、固定子
枠を給気チャンバーと、排気チャンバーに分ける必要が
なくなるので、固定子枠の構造が飛躍的に簡素化できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は第１
図Ａ−Ａ線の断面図、第３図は通風特性曲線の特性図、
第４図は従来の突極形回転電機の構造を示す断面図、第
５図は従来の固定子と回転子の通風系を分離した突極形
回転電機の構造を示す断面図、第６図は第Ｓ図のＡ−Ａ
線断面図である。１・・・電動ファン、２・・固定子枠、３・・・磁極、
４・・・回転子スパイダー、５・・・通風穴、６・・・
回転子リム、７・・流路、８・・・界磁コイル、９・・
磁極鉄心、１０・・エアギャップ、１１・・固定子ダク
ト、１２・固定子コイル、１３・・・固定子鉄心、１４
・・・空気冷却器、１５・・・電動ファン、１６・・・
空気冷却器、１７・・・電動ファン、１８・空気冷却器
、１９・・・上側固定子コイルエンド、２０・・・磁極
間空間、２１・・・下側固定子コイルエンド、３３・・
・極間仕切板、３４・・コアパック、３５・・・コアバ
ックチャンバー、３６・・・仕切り。

Claims

【特許請求の範囲】

突極形回転電機の固定子枠の固定子鉄心背部を仕切って
形成された冷却空気流入セクションと、この冷却空気流
入セクションにおける固定子枠外周に設けられた固定子
冷却用電動ファンと、前記固定子枠上側外周面に設けら
れた回転子冷却用電動ファンと、前記固定子枠下側外周
面に設けられた空気冷却器と、前記回転子の外周部近傍
に設けられ前記固定子と回転子との冷却通風経路を分離
するための磁極間仕切板とを備えたことを特徴とする突
極形回転電機。