JPH10150737A - 回転電機の回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】界磁巻線エンド部の温度上昇を抑制し、コイル
導体の断面積を増大することなく、回転電機の出力を増
大することおよび原価低減を図る。 【解決手段】回転子鉄心に巻装された複数の鞍形コイル
４およびコアティース６部から成る回転子１の端部にお
いて、コイルスロット５間の各コアティース端部１０に
回転子軸方向断面が扇形状で、開口部が矩形状である通
気孔８を設け、界磁巻線エンド部１８の鞍形コイル４相
互間に冷媒ガスの通る溝２２、２３を設けたスペーサ１
９、２０を挿入し、このスペーサの溝と通気室２４およ
び前記通気孔８とが連通して成り、この通路に冷媒ガス
を流して界磁巻線エンド部１８を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は回転電機の回転子の
改良に係わり、特に回転子胴部に設けられたスロット内
に鞍形コイルの直線部が挿入されるとともに、鞍形コイ
ルのエンド部が回転子胴部端から突き出して設けられ、
かつこのコイルエンド部の隣接コイル間に冷媒ガスの通
る冷媒流通路を有し、この冷媒流通路を流れる冷媒ガス
により前記コイルエンド部が冷却されるように形成され
ている回転電機の回転子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、タービン発電機は体格を変えない
で容量を増大し、コスト低減および小型軽量化をはかる
傾向が益々強くなっている。これには、界磁巻線および
電機子巻線の寸法を大きくしないで界磁電流および電機
子電流を増大して発電機容量の増大を図ることになる
が、Ｉ²Ｒ損失が大きくなるので界磁巻線および電機子
巻線の温度上昇が大きくなる問題がある。殊に界磁巻線
エンド部は冷却性が悪い構造となっているために温度上
昇が大きく、界磁巻線に使用している絶縁物の熱劣化が
進み発電機の寿命を著しく短くする恐れがある。

【０００３】そこで、界磁巻線エンド部における冷却効
率の向上を図り、この温度上昇を小さくする必要があ
る。改善の一例が例えば特開平７−２１３０００号公報
に示されている。このものは、界磁巻線エンド部のコイ
ル相互間に、冷媒ガス（冷風）の通る冷却通路を有する
スペーサを軸方向および周方向挿入し、コアティース端
部および磁極端部に冷媒ガスの通気孔および排気孔を設
け、前記軸方向スペーサの冷却通路とコアティース端部
の通気孔とは通気室を介して連通させ、前記周方向スペ
ーサの冷却通路と磁極端部の排気孔とは排気室を介して
連通するようにしている。

【０００４】冷媒ガスは回転子の両軸端に設けられたフ
ァンにより界磁巻線エンド部および界磁巻線中央部に圧
送され、界磁巻線を冷却する。冷却して温度上昇した冷
媒ガスは、前記通気孔および排気孔を通り、固定子側の
通気ダクトを通り抜けて電機子巻線および固定子鉄心を
冷却する。その後排気ダクトに入り、そして温度上昇し
た冷媒ガスはクーラーを通って冷却されるように形成さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように形成されて
いる回転子であると、コアティース端部の通気孔はドリ
ルによって回転子軸方向および回転子軸に垂直に連通し
て削りだされるため、孔開け作業のための段取りおよび
機械加工にかなりの時間を要しコスト高となる。また、
この通気孔は断面積を大きくできないため通気抵抗が大
きくコイル間に挿入したスペーサの冷媒通路を流れる冷
媒ガスの量が少なくコイルエンド軸方向部分の冷却効率
が悪い問題がある。

【０００６】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、機械加工費の低減と通気抵抗を小
さくすることが可能で、かつ発電機コストの低減と界磁
巻線エンド部の冷却効率の向上を図ることができ、コイ
ル導体断面積および発電機寸法を増大させることなく発
電機の出力を増大することができるこの種の回転電機の
回転子を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、回転
電機の回転子胴部に軸方向にのび、かつ周方向に間隔を
おいて配置された複数個のコイルスロットが設けられ、
かつこれらの各スロット内に鞍形コイルの直線部が挿入
されるとともに、鞍形コイルのエンド部が回転子胴部端
から突き出して設けられ、かつこのコイルエンド部の隣
接コイル間に冷媒ガスの通る冷媒流通路を有し、この冷
媒流通路を流れる冷媒ガスにより前記コイルエンド部が
冷却されるように形成されている回転電機の回転子にお
いて、前記隣接コイルスロットの間で、かつ回転子胴部
の軸方向端部に、軸方向および径方向に開口し、かつ回
転子の周方向に見た断面が扇形状をなした溝を設けると
ともに、この溝の胴部表面側にウェッジを挿入し、この
ウエッジ下の溝内を前記界磁巻線エンド部を冷却流通し
てきた冷媒ガスが流通し回転子表面側に排出されるよう
に形成し所期の目的を達成するようにしたものである。

【０００８】またこの場合、前記界磁巻線エンド部の鞍
形コイル相互間に挿入されている溝付きのスペーサは、
巻線エンド部の長手方向に延びて配置されるとともに、
そのスペーサの側面にスペーサの長手方向にのびた溝が
設けられ、かつこの溝の位置する部分に鞍形コイルの側
面が当接するコイル支持板を取付けてスペーサの溝間を
連通させてなり、かつこのスペーサを、その溝側がコイ
ル面側となるようにコイル相互間に挿入するようにした
ものである。

【０００９】すなわちこのように形成された回転電機の
回転子であると、隣接コイルスロットの間で、かつ回転
子胴部の軸方向端部に、軸方向および径方向に開口し、
かつ回転子の周方向に見た断面が扇形状をなした溝を設
けられ、かつこの溝の胴部表面側にウェッジが挿入され
ていることから、コアティース端部に通気孔を設けるの
にカッターを回転させて切削できるので作業性がよく、
従来よりも切削時間を短縮できる。

【００１０】また、切削される通気孔は溝であることか
ら、深く断面積を従来よりも大きくとることが可能とな
り、したがって通気抵抗が小さく、コイル側面を流れる
冷媒ガス（冷風）の量が従来よりも多く流れコイルは良
く冷却される。

【００１１】また、コアティース端部の前記通気孔の上
部に楔が打ち込まれているので、コアティース端部の周
方向の曲げ強度が補強され、界磁巻線エンド部の外周側
にリティーニングリングを焼嵌めした際および回転子が
回転した際にコアティース端部が倒れることがなく、回
転状態がアンバランスになることはない。

【００１２】また、界磁巻線エンド部のコイル相互間に
挿入する溝付きのスペーサは、溝の部分が長手方向に延
びてある間隔で溝の部分が厚さ方向に深く掘られてお
り、この深溝の一部分にコイル支持板を当てがってコイ
ルの支持と冷媒ガスがスペーサの長手方向に流れるよう
にしたので、コイル支持板にコイルの側面が当りコイル
相互間の支持が良くできるとともに冷媒ガスがスペーサ
長手方向に連通して流れスペーサに隣接するコイル導体
が良く冷却される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図示した実施例に基ずいて
本発明を詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示
すタービン発電機の界磁巻線エンド部の要部を示す一部
断面斜視図である。この図において１が回転子であり、
この回転子には回転子胴部２に界磁巻線３を形成する鞍
形のコイル４を挿入するスロット５が複数個設けられて
いる。このスロット５間にはコアティース６が形成され
ている。このうち、最も内側のスロット間には磁極７が
形成されている。

【００１４】このコアティース６および磁極７の端部に
はカッターを使用して削りだした通気孔８および排気孔
９が形成される。この通気孔８を形成するコアティース
端部１０にはウェッジ１１が挿入され、また磁極端部１
２に形成される排気孔９にはウェッジ１３が挿入され
る。回転子胴部２の各スロット５内および胴部２より突
き出ている回転子エンド部１４の外周側には直線中央部
に多数の通気孔を設けた平板の導体１５を鞍形に複数層
巻回し、各層間に絶縁物１６を当てがい胴部２の直線中
央部にウェッジ１７が挿入される。

【００１５】界磁巻線エンド部１８はコイル４相互間に
冷媒ガスの通る溝付きの回転子軸方向スペーサ１９およ
び回転子周方向スペーサ２０をそれぞれ２枚一組にして
中間に楔２１を打ち込んで挿入し、コイル４および前記
スペーサ１９、２０の外周側に絶縁物等を当てがってそ
の外周側にはリテーニングリングが焼嵌めされる。

【００１６】軸方向スペーサ１９は界磁巻線エンド部１
８のコイル直線部に挿入され、スペーサの溝２２，２３
を流れる冷媒ガスは、コイル４の導体側面を冷却し、そ
の後スペーサの溝と連通させた通気室２４を通りコアテ
ィース端部１０に設けた通気孔８から排出される。

【００１７】周方向スペーサ２０が界磁巻線エンド部１
８の周方向コイル２５相互間に挿入されることにより、
このスペーサ２０の冷媒ガスの通る溝２２，２３と界磁
巻線エンド部１８の下部に設けられた排気室２６とは連
通し、またこの排気室２６と磁極端部１２に設けられた
排気孔９とは連通している。なお、本実施例ではスペー
サを２枚一組にして界磁巻線エンド部の鞍形コイル相互
間に挿入したが、スペーサの両側に前記と同様の溝を設
けた一体物のスペーサを鞍形コイルの相互間に挿入して
もよく、この場合はスペーサの製作費を低減できる効果
がある。

【００１８】回転電機の冷却は、回転子および固定子を
冷却して温度上昇した冷媒ガスを回転子の両軸端に設け
たファン（図示せず）によって外部のクーラー（図示せ
ず）に送り出し、ここで冷却された冷媒ガスを回転電機
の内部に送風し、これを繰り返し循環させて行う。

【００１９】回転子１の冷却は冷媒ガスが界磁巻線エン
ド部１８の下部に送られ、ここで界磁巻線の直線中央部
２７を冷却する冷媒ガスと界磁巻線エンド部１８を冷却
する冷媒ガスとに分かれ、直線中央部２７では各コイル
４の下部に設けられたＵ字形のダクト（図示せず）に冷
媒ガスが入り、コイル導体１５に設けられた多数の通気
孔を通りウェッジ１７に設けられた通気孔２８を出るま
での過程で冷却が行われる。

【００２０】界磁巻線エンド部１８では冷媒ガスは各コ
イル４のコーナー部から溝付きの軸方向スペーサ１９お
よび周方向スペーサ２０の溝に入り、軸方向スペーサ１
９を通る冷媒ガスは軸方向コイル導体の側面を冷却して
通気室２４に入りコアティース端部１０に設けられた通
気孔８を通り抜け、一方の周方向スペーサ２０を通る冷
媒ガスは周方向コイル導体の側面を冷却して排気室２６
に入り磁極端部１２に設けられた排気孔９から排気され
て冷却が行われる。

【００２１】図２にコイルエンド部の断面が示されてい
る。界磁巻線エンド部１８の軸方向直線部においては、
鞍形コイル４の相互間に冷媒ガスの通る溝２２、深溝２
３が設けられた回転子軸方向スペーサ１９が挿入されて
いる。これらの溝はコイル側に付いており、深溝２３の
外側にはコイル４の側面に当たってコイル４を支持する
支持板２９が取付けられている。

【００２２】スペーサは２枚１組にして使用し、中間に
楔２１が打ち込まれて鞍形コイル４および軸方向スペー
サ１９の支持を良くしている。軸方向スペーサ１９の下
部はコイル４の最下層部まで延びており、溝２２を流れ
る冷媒ガスがコイル下部に漏れないようになっている。
また、コイルの外周側３０には図示していないが絶縁物
およびリティーニングリング等が取付けられるので、冷
媒ガスがコイル外周側へ漏れることはない。

【００２３】図３に図１のＢ−Ｂ線矢視断面が示されて
いる。冷媒ガスは回転子軸方向スペーサ１９の溝２２、
深溝２３を流れて鞍形コイルの側面を冷却し、通気室２
４を経て通気孔８より回転子外周側に抜け出す。通気孔
８はカッターを回転させて削りだすため回転子軸方向断
面が扇形状となる。このような通気孔８を設けるとコア
ティース端部１０の周方向曲げ強度が小さくなるため、
界磁巻線エンド部１８にリティーニングリング３１を焼
嵌めした際および回転子を回転させた際にコアティース
端部１０が周方向に倒れる恐れがある。本発明では通気
孔８の端部で、かつ、上部にウェッジ１１を挿入してコ
アティース端部１０の曲げ強度が補強されている。

【００２４】図４に図１のＣ−Ｃ線矢視断面を示す。周
方向に卷回された周方向コイル２５相互間に挿入する周
方向スペーサ２０は、冷媒ガスの流れる溝２２、２３が
軸方向スペーサ１９と同様に設けられており、この溝と
排気室２６とを連通させるためにスペーサ２０の下部は
排気室２６の冷媒ガス入口３２に合わせて開口されてい
る。

【００２５】このように形成された回転電機の界磁巻線
エンド部冷却構造であると、コアティース端部の通気孔
８は、カッターの歯を回転させて削りだすので従来のも
のよりも作業性がよく、作業時間が大幅に短縮され機械
加工費の大幅な低減が図れる経済的な効果がある。ま
た、通気孔８の断面積が従来よりも大幅に大きくとるこ
とが可能であり、通気抵抗が大幅に小さくでき、軸方向
スペーサ１９の溝に流れる冷媒ガスの量が多くなり、コ
イル４の冷却が良くなる効果がある。

【００２６】さらに、通気孔８の表面積が従来よりも大
幅に大きいのでコアティース端部１０の冷却が良く、熱
電導によりコイルエンド部が冷却され温度上昇が小さく
なる効果がある。さらにまた、界磁巻線エンド部１８の
コイル相互間に挿入する溝付きのスペーサ１９、２０
は、溝の面積を大きく取れ、冷媒ガスをコイル４の側面
に沿って流すことができるので冷却効率が良く、スペー
サ１９、２０のコイル支持板２９はコイル４の側面に当
たってコイル４の支持を良くする効果がある。よって、
界磁巻線エンド部１８の温度上昇が抑制され、界磁巻線
３に使用した絶縁物１６の耐熱寿命を損なうことがなく
回転電機の大容量化を可能にする効果がある。

【００２７】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、機械加工費の低減と通気抵抗を小さくすることが可
能で、かつ発電機コストの低減と界磁巻線エンド部の冷
却効率の向上を図ることができ、コイル導体断面積およ
び発電機寸法を増大させることなく発電機の出力を増大
することができるこの種の回転電機の回転子を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転電機の回転子のエンド部の一実施
例を示す斜視図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

【図４】図１のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

【符号の説明】

１…回転子、２…回転子胴部、３…界磁巻線、４…鞍形
コイル、５…スロット、８…通気孔、１０…コアティー
ス端部、１１…ウェッジ、１４…回転子エンド部、１５
…コイル導体、１８…界磁巻線エンド部、１９…軸方向
スペーサ、２０…周方向スペーサ、２１…楔、２２…
溝、２３…深溝、２９…コイル支持板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩原 亮一 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 宮川 家導 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 石原 篤 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 渋谷 忠明 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転電機の回転子胴部に軸方向にのび、
   かつ周方向に間隔をおいて配置された複数個のコイルス
   ロットが設けられ、かつこれらの各スロット内に鞍形コ
   イルの直線部が挿入されるとともに、鞍形コイルのエン
   ド部が回転子胴部端から突き出して設けられ、かつこの
   コイルエンド部の隣接コイル間に冷媒ガスの通る冷媒流
   通路を有し、この冷媒流通路を流れる冷媒ガスにより前
   記コイルエンド部が冷却されるように形成されている回
   転電機の回転子において、 前記隣接コイルスロットの間で、かつ回転子胴部の軸方
   向端部に、軸方向および径方向に開口し、かつ回転子の
   周方向に見た断面が扇形状をなした溝を設けるととも
   に、この溝の胴部表面側にウェッジを挿入し、このウエ
   ッジ下の溝内を前記界磁巻線エンド部を冷却流通してき
   た冷媒ガスが流通し回転子表面側に排出されるように形
   成したことを特徴とする回転電機の回転子。
2. 【請求項２】 回転電機の回転子胴部に軸方向にのび、
   かつ周方向に間隔をおいて配置された複数個のコイルス
   ロットが設けられ、かつこれらの各スロット内に鞍形コ
   イルの直線部が挿入されるとともに、鞍形コイルのエン
   ド部が回転子胴部端から突き出して設けられ、かつこの
   コイルエンド部の隣接コイル間に冷媒ガスの通る溝を有
   するスペーサが挿入され、このスペーサの溝を流れる冷
   媒ガスにより前記コイルエンド部が冷却されるように形
   成されている回転電機の回転子において、 前記隣接コイルスロットの間で、かつ回転子胴部の軸方
   向端部に、軸方向および径方向に開口し、かつ回転子の
   周方向に見た断面が扇形状をなした溝を設けるととも
   に、この溝の胴部表面側にウェッジを挿入し、このウエ
   ッジ下の溝内を前記界磁巻線エンド部のスペーサ溝部を
   流通してきた冷媒ガスが流通し回転子表面側に排出され
   るように形成したことを特徴とする回転電機の回転子。
3. 【請求項３】 前記界磁巻線エンド部の鞍形コイル相互
   間に挿入されている溝付きのスペーサは、巻線エンド部
   の長手方向に延びて配置されるとともに、そのスペーサ
   の側面にスペーサの長手方向にのびた溝が設けられ、か
   つこの溝の位置する部分に鞍形コイルの側面が当接する
   コイル支持板を取付けてスペーサの溝間を連通させるよ
   うに形成され、かつこのスペーサが、その溝側がコイル
   面側となるようにコイル相互間に挿入されてなる請求項
   ２記載の回転電機の回転子。