JPH04255442A - 回転電機の回転子 - Google Patents

回転電機の回転子

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JPH04255442A
JPH04255442A JP3355391A JP3355391A JPH04255442A JP H04255442 A JPH04255442 A JP H04255442A JP 3355391 A JP3355391 A JP 3355391A JP 3355391 A JP3355391 A JP 3355391A JP H04255442 A JPH04255442 A JP H04255442A
Authority
JP
Japan
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rotor
range
slot
radial
coil
Prior art date
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Pending
Application number
JP3355391A
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English (en)
Inventor
Takeshi Ubusawa
生澤 猛
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH04255442A publication Critical patent/JPH04255442A/ja
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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]
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はタ―ビン発電機の円筒形
回転子のような回転電機の回転子の通風冷却改善に関す
る。
【0002】
【従来の技術】タ―ビン発電機等の回転電機では回転子
コイルを冷却するためにコイル導体を冷却ガスと直接接
触させて冷却するいわゆる直接冷却方式が広く採用され
ている。
【0003】幾つかの直接冷却方式の内、ラジアルフロ
―方式は構造が簡単な割りに冷却性能が良い等の理由に
より、3000rpm 又は3600rpm の中容量
火力タ―ビン発電機、及び1500rpm 又は180
0rpm の大容量原子力タ―ビン発電機等に広く採用
されている。ラジアルフロ―方式は図8および図9に示
す様に、コイルスロット(1)の底にサブスロット(2
)を設けて、回転子鉄心(10)のほぼ全長にわたって
設けたコイル通風孔である複数個のラジアルパス(11
)と連通されたもので、回転子の回転による遠心ファン
効果により、図8の白抜矢印で示すように回転子鉄心端
(10a)からサブスロット(2)に冷却ガスを導入し
て回転子鉄心(10)中央部に向って冷却ガスを流しな
がら、各ラジアルパス(11)に順次冷却ガスを分岐さ
せてゆき、各ラジアルパス(11)を通過する冷却ガス
に回転子コイル(3)の発熱量を吸収させた後、エアギ
ャップ(12)に冷却ガスを排出する。
【0004】ラジアルフロ―方式ではサブスロットから
各ラジアルパスに冷却ガスが分岐する際の圧力損失、い
わゆる分岐損失を生ずる特性がある。この分岐損失は、
本流の流速が速い場合には、本流の静圧が低くなること
によって分岐する支流の流れが妨げられることとなる為
、支流の分岐損失大となる傾向がある。一方、ラジアル
フロ―方式で分岐流れの本流であるサブスロット内の流
速が大である鉄心端部では流速大であり、逆に各ラジア
ルパスへの分岐によって流量小となる鉄心中央部ではサ
ブスロット内流速は小となる。以上の理由により、ラジ
アルフロ―方式では、回転子鉄心端部近傍のラジアルパ
スの冷却ガス風量が鉄心中央部のラジアルパスの風量よ
りも小となる傾向がある。
【0005】このため従来のものは図7の曲線T1にて
、軸方向の位置の各ラジアルパスの実線矢印の通風冷却
による温度分布をセンタ―ライン(CL)まで示したよ
うに、回転子コイルの長手方向温度分布が不均一となり
、回転子鉄心端部近傍が高温となり、のため回転子の能
力、換言すれば最高許容界磁電流が制約を受けるという
欠点があった。各ラジアルパスの風量分布の不均一さを
減らす改良技術としては、図10(a)に示すように回
転子鉄心中央部のサブスロット(2)の深さを減らす方
式、及び図10(b)ないし(d)に示す様にサブスロ
ット(2)の断面形状も軸方向位置に応じて変化させ、
サブスロット(2)の断面積を中央範囲の方が端部範囲
より狭く変化させる方式が公知である。これらの方式に
よれば回転子鉄心中央部のサブスロット(2)内の通風
損失が増えるため、鉄心中央部のラジアルパスの風量減
少と、その結果として鉄心端部近傍のラジアルパスの風
量増大をもたらす。これにより、回転子コイルの長手方
向温度分布を均一化することが可能である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記改良
方式には、以下の様な欠点があった。図10(a)に示
した方式では、サブスロットに流入する総風量を減らす
欠点があり、回転子コイルの長手方向温度分布の均一化
による最高温度の低減こそ可能ではあるが、回転子コイ
ルの平均温度はむしろ上昇し、特に回転子鉄心長の大き
な回転子では回転子通電時の回転子コイルの伸びによる
回転時振動特性低下を招く。また、回転子コイル最高温
度の低減効果そのものも、回転子鉄心長の大きな回転子
において回転子能力を更に向上させるのに充分な効果を
得る為には、上記の、サブスロットに流入する総風量が
減少するという欠点を、改良する必要があった。サブス
ロットに流入する総風量を増やすためには、回転子鉄心
端近傍のサブスロットの断面積を増やして、その部分の
サブスロット内の冷却ガスの風速を下げて、その通風損
失を抑制することが望ましいが、これを実現する為にサ
ブスロットの深さを増やそうとすると、遠心力により回
転子鉄心断面の中心部に作用する応力及び、回転子鉄心
のスロット(1)とスロット(1)にはさまれるティ―
スと呼ばれる部分の根元にあたるティ―ス基部(9)の
応力が増大し、回転子の機械的強度、換言すれば信頼性
の低下を招く。
【0007】上記の代案として図10(b)ないし(d
)に示される方式が考案されたが、機械加工が極めて困
難なサブスロット断面形状を必要とする方式となってし
まい、実用性にとぼしいものとなってしまった。
【0008】以上のように、鉄心長の長い回転子にラジ
アルフロ―形通風冷却方式を採用した場合、従来技術で
は大きな界磁電流値を選定することが不可能であり、こ
の改善の施策としてのサブスロット部の改良も効果的で
はなかった。したがってサブスロット部以外の部分の改
良により、ラジアルフロ―方式回転子の冷却能力改善が
必要とされている。
【0009】本発明は、より大きな界磁電流値を許容し
、しかも信頼性の高いラジアルフロ―形の回転電機の回
転子を提供することを目的とする。
【0010】[発明の構成]
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明においては、回転子の端部範囲のラジアルパス
を中央範囲のラジアルパスに比べて、通風量が多くなる
ような形状にする。
【0012】
【作用】端部範囲のラジアルパスの通風量を多くなるよ
うにすると、回転子鉄心を従来のままで、端部範囲の温
度上昇が低くなるから、より大きな界磁電流値を許容し
、しかも信頼性の高いラジアルフロ―形の回転電機の回
転子を提供することができる。
【0013】
【実施例】実施例1 以下、本発明の請求項1に該当する第1の実施例につい
て図1(a),(b),(c)を参照して説明する。図
1(a)はラジアルフロ―方式の回転電機の回転子、(
b),(c)は回転子楔を示している。図1(a)で中
央範囲と名付けた部分の回転子楔として、中央範囲回転
子楔(8a)を用い、図1(a)で端部範囲と名付けた
部分の回転子楔として、端部範囲回転子楔(8b)を用
いている。中央範囲用回転子楔には従来のラジアルフロ
―方式で広く用いられてきた形状の回転子楔(8a)を
用い、端部範囲用回転子楔のラジアルパス出口(13b
)は、中央範囲回転子楔のラジアルパス出口(8a)形
状に比べて回転方向前側を後側より高くしたダイヤゴナ
ルフロ―方式の吸出し形状とした。
【0014】次に上記実施例1の作用を説明する。ラジ
アルフロ―方式は一般にラジアルパス内冷却ガスに作用
する遠心ファン効果を利用できるが、ダイアゴナルフロ
―方式では吸気側パス内冷却ガスに加わる遠心力と排気
側パス内冷却ガスに加わる遠心力が相殺する為、冷却ガ
スを回転子内に流すポンピング効果はもっぱら回転子楔
の吸気側通風口入口の押し込み効果と排気側通風孔出口
の吸い出し効果にたよっており、吸気側通風孔入口まわ
り形状及び排気側通風孔出口まわり形状にはそれぞれ工
夫がこらされている。
【0015】この実施例1で端部範囲用回転子楔(8b
)として採用したのはこのダイアゴナルフロ―方式の排
気側楔と同様のパス出口まわり形状としたものであるか
ら、中央範囲用楔(8a)に比べラジアルパス内冷却ガ
ス吸い出し効果は大きい。よって端部範囲のラジアルパ
ス(11b)内冷却ガス流量および流速が増加する。な
お、中央範囲,端部範囲の区別なく、全範囲に図1(a
)の端部範囲用回転子楔(8b)を採用しても改善効果
が得られそうにも一見思えるが、実際には中央範囲への
冷却ガスの流量が増加することによってサブスロット内
冷却ガス流速が増加し、端部範囲のラジアルパス(11
b)への分岐流れの分岐損失が増大し、端部範囲の冷却
効果改善を妨げることになる。このような失敗例の温度
分布を図7の曲線T4に示した。以上の理由により中央
範囲と端部範囲で異なる形状の回転子楔を用いることが
この実施例のポイントになっている。
【0016】実施例2 次に請求項2に該当する第2の実施例を図2(a),(
b)を参照して説明する。中央範囲に比べ、端部範囲の
部分のみ回転子鉄心(10)の径を大きくし、中央範囲
用回転子楔(8a)のラジアルパス出口(13a)の位
置を端部範囲用回転子楔(8b)ラジアルパス出口(1
3b)より低くしている。
【0017】こうすることによって端部範囲のラジアル
パス出口(13b)の回転中心軸からの距離が中央範囲
のラジアルパス出口(13a)の回転中心軸からの距離
よりも大きくなり、従って、端部範囲の方が中央範囲よ
りもラジアルパスの遠心ファン効果が大となり、B範囲
のラジアルパス内の冷却ガスの流量・流速が増大する。
【0018】実施例3 次に請求項3に該当する第3の実施例を図3を参照して
説明する。中央範囲ラジアルパス(11a)の入口(1
4a)の形状に比べて、端部範囲のラジアルパス(11
b)の入口(14b)の形状をサブスロット(2)内冷
却ガス流れの上流側に向って大きく開口する。
【0019】こうすることによって端部範囲のラジアル
パス入口(14b)においてはサブスロット(2)内の
冷却ガス流の動圧による押し込み効果が生じ、分岐損失
が減少する。従ってB範囲のラジアルパス内の冷却ガス
の流量・流速が増大する。
【0020】実施例4 次に請求項4に該当する第4の実施例を図4を参照して
説明する。中央範囲ラジアルパス(11a)の流路面積
S1a,S2aに対し、端部範囲のラジアルパス(11
b)の流路面積S1b,S2bを大きくしている。
【0021】こうすることによって端部範囲のラジアル
パス(11b)は遠心ファン効果によるヘッド差は不変
ながら流路抵抗を下げることができ、端部範囲のラジア
ルパス(11b)内の冷却ガス流速が若干増加するのみ
ならず、流路面積の増大によって端部範囲のラジアルパ
ス(11b)内冷却ガス流量が増大する。
【0022】他の実施例 請求項2の発明の他の実施例を図5に示した。この実施
例では回転子鉄心の直径を変えないで、回転子楔の形状
の差によって、端部範囲のラジアルパス出口(13b)
の回転中心軸からの距離を、中央範囲ラジアルパス出口
(13a)の回転中心軸からの距離よりも大きくしてい
る。
【0023】以上の全ての実施例に関して、中央範囲と
端部範囲の2区分だけでなく、さらに多くの段階を設け
た実施例を考えることができる。例えば中央範囲と端部
範囲の間に中間範囲という部分を設け、この中間範囲に
は中央範囲と端部範囲の中間的な特性のラジアルパスを
配することもできる。このようにすれば図7の曲線T3
に示される様な回転子コイル温度分布を得ることができ
る。
【0024】以上の全実施例とも、端部範囲ラジアルパ
ス(11b)内冷却ガス流速・流量を増加させたことに
より、図6のベクトルに示される改善効果が実現し、図
7の曲線T2またはT3等に示される回転子コイル温度
分布を得、回転子コイル温度分布の均一化、回転子コイ
ル最高温度の低減を実現できる。また回転子コイル平均
温度も低減できる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、回
転子鉄心端付近のラジアルパス内冷却ガス流量を増加さ
せ、回転子鉄心端付近の回転子コイルの冷却状態を改善
することができ、よって回転子コイル温度分布の均一化
,回転子コイル最高温度の抑制、回転子コイル平均温度
の抑制を実現でき、それにより、界磁電流の最大許容値
の増加と、絶縁物の高温劣化の抑制が可能な、高性能且
つ高信頼度の回転電機の回転子を提供することができる
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の回転電機の回転子の第1の実施例を
示す説明図であって、図1(a)は立面図、図1(b)
は図1(a)の中央範囲回転子楔を示す斜視図、図1(
c)は端部範囲回転子楔を示す斜視図である。
【図2】この発明の第2の実施例を示す説明図であって
、図2(a)は立面図、図2(b)は楔高さ比較図であ
る。
【図3】この発明の第3の実施例を示す要部縦断面図で
ある。
【図4】この発明の第4の実施例を示す要部縦断説明図
である。
【図5】この発明の第2の実施例の変形例を示す説明図
であって、図5(a)は立面図、図5(b)は中央範囲
回転子楔を示す斜視図、図5(c)は端部範囲回転子楔
を示す斜視図である。
【図6】この発明の端部範囲から中央範囲のラジアルパ
ス内流速,流量の改善状態を示す説明図である。
【図7】各実施例と従来例との回転子の端部範囲から中
央範囲にわたっての温度上昇値を示す曲線図である。
【図8】従来例の回転子の要部縦断面図である。
【図9】図8のM−M線に沿う矢視断面図である。
【図10】図8の回転子の改善案を示す図であって、図
10(a)は深いサブスロットの長さが短い場合を示す
要部縦断面図、図10(b)は深いサブスロットの長さ
を長くし、入口幅を広くした場合を示す要部縦断面図、
図10(c)は図10(b)のN−N線に沿う矢視断面
図、図10(d)は図10(c)のP−P線に沿う矢視
拡大断面図である。
【符号の説明】
1…コイルスロット 2…サブスロット(図9参照) 3…回転子コイル(図9参照) 8a…中央範囲回転子楔 8b…端部範囲回転子楔 11a…中央範囲ラジアルパス 11b…端部範囲ラジアルパス 13a…中央範囲ラジアルパス出口 13b…端部範囲ラジアルパス出口 14a…中央範囲入口 14b…端部範囲入口 S1a…中央範囲入口流路面積 S2a…中央範囲出口流路面積 S1b…端部範囲入口流路面積 S2b…端部範囲出口流路面積

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  円筒状の回転子鉄心の外周に設けた回
    転子コイル収納用軸方向スロットと、このコイルスロッ
    トの底に比べて幅の狭い開口部を前記コイルスロットの
    底に開口したサブスロットとを有し、回転子鉄心端部か
    らサブスロットに冷却ガスを導入し、前記回転子コイル
    内の複数個のラジアルパスに分岐させて通風する回転電
    機の回転子において、回転子楔のうち中央範囲ラジアル
    パス出口形状に比べて端部範囲ラジアルパス出口形状の
    回転方向前側を後側より高くしたことを特徴とする回転
    電機の回転子。
  2. 【請求項2】  円筒状の回転子鉄心の外周に設けた回
    転子コイル収納用軸方向スロットと、このコイルスロッ
    トの底に比べて幅の狭い開口部を前記コイルスロットの
    底に開口したサブスロットとを有し、回転子鉄心端部か
    らサブスロットに冷却ガスを導入し、前記回転子コイル
    内の複数個のラジアルパスに分岐させて通風する回転電
    機の回転子において、中央範囲回転子楔のラジアルパス
    出口位置を端部範囲ラジアルパス出口位置より低くした
    ことを特徴とする回転電機の回転子。
  3. 【請求項3】  円筒状の回転子鉄心の外周に設けた回
    転子コイル収納用軸方向スロットと、このコイルスロッ
    トの底に比べて幅の狭い開口部を前記コイルスロットの
    底に開口したサブスロットとを有し、回転子鉄心端部か
    らサブスロットに冷却ガスを導入し、前記回転子コイル
    内の複数個のラジアルパスに分岐させて通風する回転電
    機の回転子において、中央範囲のラジアルパスの入口形
    状に比べて端部範囲のラジアルパスの入口形状を、サブ
    スロットの冷却パスの上流側に向って大きく傾斜して開
    口したことを特徴とする回転電機の回転子。
  4. 【請求項4】  円筒状の回転子鉄心の外周に設けた回
    転子コイル収納用軸方向スロットと、このコイルスロッ
    トの底に比べて幅の狭い開口部を前記コイルスロットの
    底に開口したサブスロットとを有し、回転子鉄心端部か
    らサブスロットに冷却ガスを導入し、前記回転子コイル
    内の複数個のラジアルパスに分岐させて通風する回転電
    機の回転子において、中央範囲のラジアルパスの流路面
    積に比べて端部範囲のラジアルパスの流路面積を大きく
    したことを特徴とする回転電機の回転子。
JP3355391A 1991-02-01 1991-02-01 回転電機の回転子 Pending JPH04255442A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6084290A (en) * 1997-12-18 2000-07-04 Advanced Micro Devices, Inc. HSQ dielectric interlayer
GB2470107A (en) * 2009-05-05 2010-11-10 Gen Electric Generator coil cooling baffles
CN106712353A (zh) * 2015-07-22 2017-05-24 通用电器技术有限公司 用于电机的环

Cited By (6)

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