JPH10322975A - 回転電機の通風構造 - Google Patents
回転電機の通風構造Info
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- JPH10322975A JPH10322975A JP9126717A JP12671797A JPH10322975A JP H10322975 A JPH10322975 A JP H10322975A JP 9126717 A JP9126717 A JP 9126717A JP 12671797 A JP12671797 A JP 12671797A JP H10322975 A JPH10322975 A JP H10322975A
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- rotor
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
- H02K9/10—Arrangements for cooling or ventilating by gaseous cooling medium flowing in closed circuit, a part of which is external to the machine casing
- H02K9/12—Arrangements for cooling or ventilating by gaseous cooling medium flowing in closed circuit, a part of which is external to the machine casing wherein the cooling medium circulates freely within the casing
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
- H02K2201/03—Machines characterised by aspects of the air-gap between rotor and stator
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- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
- Windings For Motors And Generators (AREA)
- Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)
- Motor Or Generator Frames (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】発電容量が大きく風量分布及び温度分布の均一
化に好適なシングルセクション通風構造を備えた回転電
機を提供する。 【解決手段】固定子２と空隙１２を保ちながら回転する
回転子と、ウエッジ１８で固定したコイルを多数のラジ
アルダクト１４に流した冷却ガスにて冷却する固定子を
備えた回転電機において、固定子２と回転子１の空隙１
２の冷却ガスの流れに対して、流れの向きを変える手段
２２を持つ固定子２のウエッジ１８を設けた。
化に好適なシングルセクション通風構造を備えた回転電
機を提供する。 【解決手段】固定子２と空隙１２を保ちながら回転する
回転子と、ウエッジ１８で固定したコイルを多数のラジ
アルダクト１４に流した冷却ガスにて冷却する固定子を
備えた回転電機において、固定子２と回転子１の空隙１
２の冷却ガスの流れに対して、流れの向きを変える手段
２２を持つ固定子２のウエッジ１８を設けた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、大容量のガス直冷
式回転電機に係わり、特に温度分布を均一化するのに好
適な通風冷却構造を備えたガス直冷式回転電機に関す
る。
式回転電機に係わり、特に温度分布を均一化するのに好
適な通風冷却構造を備えたガス直冷式回転電機に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の回転電機は、実開昭63−83960 号
公報，実開昭63−172258号公報に記載のように、ファン
から吐出した冷却ガスを回転子及び固定子に流し、回転
子及び固定子を冷却して暖められた空気をガス冷却器に
よって冷却し再び回転子および固定子に送るようになっ
ている。固定子フレーム内部の複数の主板は、固定子を
機械的に固定するとともに、半径方向のダクトの通風方
向を変える通風セクションの仕切り板の役目も兼ねてい
る。隣り合う主板で挟まれた区間は、ひとつの通風セク
ションであり、このセクション内では半径方向ダクトの
通風方向は同じ向きになっている。ファンから送られた
空気は、固定子と回転子の空隙を流れ、あるセクション
にある固定子の半径方向ダクトを通って、固定子フレー
ムと固定子の空間に流れ、ガス冷却器に至る。また一部
の冷却空気は、通風ダクトを通って前記セクションとは
別のセクションに導かれ半径方向ダクトを通って空隙に
流れ、ファンから直接空隙に流れてきた空気と合流し再
びほかセクションの半径方向ダクトを通って空気冷却器
に至るようになっていた。
公報，実開昭63−172258号公報に記載のように、ファン
から吐出した冷却ガスを回転子及び固定子に流し、回転
子及び固定子を冷却して暖められた空気をガス冷却器に
よって冷却し再び回転子および固定子に送るようになっ
ている。固定子フレーム内部の複数の主板は、固定子を
機械的に固定するとともに、半径方向のダクトの通風方
向を変える通風セクションの仕切り板の役目も兼ねてい
る。隣り合う主板で挟まれた区間は、ひとつの通風セク
ションであり、このセクション内では半径方向ダクトの
通風方向は同じ向きになっている。ファンから送られた
空気は、固定子と回転子の空隙を流れ、あるセクション
にある固定子の半径方向ダクトを通って、固定子フレー
ムと固定子の空間に流れ、ガス冷却器に至る。また一部
の冷却空気は、通風ダクトを通って前記セクションとは
別のセクションに導かれ半径方向ダクトを通って空隙に
流れ、ファンから直接空隙に流れてきた空気と合流し再
びほかセクションの半径方向ダクトを通って空気冷却器
に至るようになっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術のよう
に、固定子の通風セクションを複数に分割する理由は、
発電容量が大きくなり固定子および回転子の軸長が長く
なると、１つの通風セクションで形成しているいわゆる
シングルセクション通風では、各ラジアルダクトの通風
量に不均一が生じるため、固定子のコイル温度分布が著
しく不均一になるためである。この不均一が生じる原因
は、空隙から各ラジアルダクトへ分岐する、又は各ラジ
アルダクトから空隙への合流する場合の通風損失および
静圧が、空隙を流れる空気の流速により大きく変化する
ことによる。
に、固定子の通風セクションを複数に分割する理由は、
発電容量が大きくなり固定子および回転子の軸長が長く
なると、１つの通風セクションで形成しているいわゆる
シングルセクション通風では、各ラジアルダクトの通風
量に不均一が生じるため、固定子のコイル温度分布が著
しく不均一になるためである。この不均一が生じる原因
は、空隙から各ラジアルダクトへ分岐する、又は各ラジ
アルダクトから空隙への合流する場合の通風損失および
静圧が、空隙を流れる空気の流速により大きく変化する
ことによる。
【０００４】そこで、固定子の通風区間を軸方向に主板
によって複数のセクションに分割し、この複数のセクシ
ョンにファンからの空気を直接導くことによって風量分
布の不均一を解消していた。このマルチセクションと呼
ばれる通風構造は、不均一な温度分布が生じることを解
消することを目的としているが、このための通風ダクト
などを形成する必要があるため、固定子フレームの構造
が複雑となり、かつ重量が増加するという問題がある。
このため、発電機の外径は大きく、重量も重いため、発
電機のコストも高くなるという問題があった。
によって複数のセクションに分割し、この複数のセクシ
ョンにファンからの空気を直接導くことによって風量分
布の不均一を解消していた。このマルチセクションと呼
ばれる通風構造は、不均一な温度分布が生じることを解
消することを目的としているが、このための通風ダクト
などを形成する必要があるため、固定子フレームの構造
が複雑となり、かつ重量が増加するという問題がある。
このため、発電機の外径は大きく、重量も重いため、発
電機のコストも高くなるという問題があった。
【０００５】本発明の第１の目的は、発電容量が大きく
ても発電機の外径が小さく、重量も小さい通風構造を備
えた回転電機を提供することにある。
ても発電機の外径が小さく、重量も小さい通風構造を備
えた回転電機を提供することにある。
【０００６】本発明の第２の目的は、発電容量が大きく
風量分布及び温度分布の均一化に好適なシングルセクシ
ョン通風構造を備えた回転電機を提供することにある。
風量分布及び温度分布の均一化に好適なシングルセクシ
ョン通風構造を備えた回転電機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の回転電機は、珪素鋼板を積層して形成され
た固定子と、該固定子の内周側に配置された回転子と、
前記固定子の外周側に配置された固定子フレームと、該
固定子フレームに取付けられ前記回転子を軸受支持する
軸受を具備したエンドカバーと、前記固定子フレーム内
に配置された冷却器と、前記回転子の軸に取付けられた
ファンを備えた回転電機において、前記固定子がダクト
スペーサを介して積層してラジアルダクトが形成される
とともに、前記固定子のスロット内に収納されるコイル
を固定するウエッジを具備するものであって、前記ウエ
ッジに動圧を靜圧に変換する手段を設けたことを特徴と
する。
に、本発明の回転電機は、珪素鋼板を積層して形成され
た固定子と、該固定子の内周側に配置された回転子と、
前記固定子の外周側に配置された固定子フレームと、該
固定子フレームに取付けられ前記回転子を軸受支持する
軸受を具備したエンドカバーと、前記固定子フレーム内
に配置された冷却器と、前記回転子の軸に取付けられた
ファンを備えた回転電機において、前記固定子がダクト
スペーサを介して積層してラジアルダクトが形成される
とともに、前記固定子のスロット内に収納されるコイル
を固定するウエッジを具備するものであって、前記ウエ
ッジに動圧を靜圧に変換する手段を設けたことを特徴と
する。
【０００８】又、前記固定子がダクトスペーサを介して
積層してラジアルダクトが形成されるとともに、固定子
の軸長をＬｃとした時、前記ラジアルダクトを前記固定
子の両端からＬｃ／４の範囲に設けたことを特徴とす
る。
積層してラジアルダクトが形成されるとともに、固定子
の軸長をＬｃとした時、前記ラジアルダクトを前記固定
子の両端からＬｃ／４の範囲に設けたことを特徴とす
る。
【０００９】又、前記動圧を靜圧に変換する手段が前記
ウエッジの前記ラジアルダクト側に設けた突起であるも
のである。又、前記動圧を靜圧に変換する手段が前記固
定子と回転子の空隙を流れる冷却ガスの流れに対して、
各ラジアルダクトの圧力側面のウエッジに突起または凹
み設けたものである。又、前記ライジアルダクトの通風
方向を内径側から外径側へ、もしくは外径側から内径側
へ一方向となるように前記固定子フレームの形状を形成
したものである。
ウエッジの前記ラジアルダクト側に設けた突起であるも
のである。又、前記動圧を靜圧に変換する手段が前記固
定子と回転子の空隙を流れる冷却ガスの流れに対して、
各ラジアルダクトの圧力側面のウエッジに突起または凹
み設けたものである。又、前記ライジアルダクトの通風
方向を内径側から外径側へ、もしくは外径側から内径側
へ一方向となるように前記固定子フレームの形状を形成
したものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１か
ら図１２により説明する。図１は、本実施例のタービン
発電機の斜視図、図２は、ガスタービン発電機の縦断面
図、図３は、固定子のラジアルダクトの構造を示す平面
図、図４は、固定子のラジアルダクト構造を示す横断面
図、図５は、本実施例の固定ウエッジの斜視図、図６及
び図７は、それぞれ固定ウエッジの変形例を示す斜視
図、図８は、固定子のラジアルダクトの軸方向の風速分
布を示す図、図９は、固定子のラジアルダクトの軸方向
の温度分布を示す図、図１０は、冷却ダクト数，固定子
コアの厚さ，ダクトスペーサ高さのコイル温度への影響
を示す図、図１１は、冷却ダクト数とコイル温度上昇と
の関係を示す図、図１２は、シングルセクション通風の
最適なダクト数の範囲を示す図である。
ら図１２により説明する。図１は、本実施例のタービン
発電機の斜視図、図２は、ガスタービン発電機の縦断面
図、図３は、固定子のラジアルダクトの構造を示す平面
図、図４は、固定子のラジアルダクト構造を示す横断面
図、図５は、本実施例の固定ウエッジの斜視図、図６及
び図７は、それぞれ固定ウエッジの変形例を示す斜視
図、図８は、固定子のラジアルダクトの軸方向の風速分
布を示す図、図９は、固定子のラジアルダクトの軸方向
の温度分布を示す図、図１０は、冷却ダクト数，固定子
コアの厚さ，ダクトスペーサ高さのコイル温度への影響
を示す図、図１１は、冷却ダクト数とコイル温度上昇と
の関係を示す図、図１２は、シングルセクション通風の
最適なダクト数の範囲を示す図である。
【００１１】図１に示すように、冷却ガスとして空気、
あるいは必要とされる冷却能力に応じて水素を用いたガ
ス冷却発電機は、円筒状の固定子２の外周側には固定子
フレーム９が設けられており、この固定子フレーム９に
は通風路が形成されている。固定子フレーム９内部の主
板７は、半径方向に設けられており、固定子２を機械的
に固定している。又、固定子２の両端側には、固定子フ
レーム９に取付けられたエンドカバー１０が設けられて
おり、このエンドカバー１０の中央部に配置された軸受
３により回転子１を軸受支持している。回転子１には、
同じ磁極を構成する複数のコイル４（界磁巻線４ともい
う）が磁極まわりに同心状に配置されて固定されてい
る。回転子１の両端部には、周方向部にリテイニング５
が設けられており、回転子１のスロット内に配置された
コイル４に作用する遠心力をこのリテイニング５で保持
し強固に支持するようになっている。
あるいは必要とされる冷却能力に応じて水素を用いたガ
ス冷却発電機は、円筒状の固定子２の外周側には固定子
フレーム９が設けられており、この固定子フレーム９に
は通風路が形成されている。固定子フレーム９内部の主
板７は、半径方向に設けられており、固定子２を機械的
に固定している。又、固定子２の両端側には、固定子フ
レーム９に取付けられたエンドカバー１０が設けられて
おり、このエンドカバー１０の中央部に配置された軸受
３により回転子１を軸受支持している。回転子１には、
同じ磁極を構成する複数のコイル４（界磁巻線４ともい
う）が磁極まわりに同心状に配置されて固定されてい
る。回転子１の両端部には、周方向部にリテイニング５
が設けられており、回転子１のスロット内に配置された
コイル４に作用する遠心力をこのリテイニング５で保持
し強固に支持するようになっている。
【００１２】図２に示すように、固定子フレーム９には
通風路が形成されており、固定子２の両側には冷却器８
が設置されている。冷却器８のさらに両側には固定子フ
レーム９とその内側に設けられた側壁で流路が形成され
ており、この流路の出口は回転子１と固定子２との間の
方向を向くような形状となっている。この流路の出口に
は、回転軸に取付けられたファン６が配置されている。
ファン６から送られた空気は、固定子２と回転子１の空
隙１２に流れ、固定子２に設けられた半径方向のラジア
ルダクト１４を通って、固定子フレーム９と固定子２の
間の空間に流れて後、冷却器８に至る。このとき、ファ
ン６から吐出し回転子１および固定子２を冷却した後の
暖められた空気を冷却器８によって冷却している。
通風路が形成されており、固定子２の両側には冷却器８
が設置されている。冷却器８のさらに両側には固定子フ
レーム９とその内側に設けられた側壁で流路が形成され
ており、この流路の出口は回転子１と固定子２との間の
方向を向くような形状となっている。この流路の出口に
は、回転軸に取付けられたファン６が配置されている。
ファン６から送られた空気は、固定子２と回転子１の空
隙１２に流れ、固定子２に設けられた半径方向のラジア
ルダクト１４を通って、固定子フレーム９と固定子２の
間の空間に流れて後、冷却器８に至る。このとき、ファ
ン６から吐出し回転子１および固定子２を冷却した後の
暖められた空気を冷却器８によって冷却している。
【００１３】ここで、回転子１と固定子２の間に流れる
冷却ガスを固定子２のラジアルダクト１４の内径側から
外径側方向へ流す構成としている、いわゆるシングルセ
クション通風を構成している。この例では、ファン６
は、冷却空気を回転子１と固定子２との間に押し込むタ
イプいわゆるフォワードフロータイプを示したが、ファ
ンで回転子１と固定子２との間の冷却ガスを吸い込むタ
イプいわゆるリバースフロータイプを適用してもよい。
冷却ガスを固定子２のラジアルダクト１４の内径側から
外径側方向へ流す構成としている、いわゆるシングルセ
クション通風を構成している。この例では、ファン６
は、冷却空気を回転子１と固定子２との間に押し込むタ
イプいわゆるフォワードフロータイプを示したが、ファ
ンで回転子１と固定子２との間の冷却ガスを吸い込むタ
イプいわゆるリバースフロータイプを適用してもよい。
【００１４】回転子１のコイルエンド部における界磁巻
線４は、外径側のリテイニング５により固定されてい
る。界磁巻線４とリテイニング５との間は図示しない円
筒状のリテイニング絶縁によって絶縁されており、回転
子表面に流れるうず電流は、図示しないダンパリングに
よって循環するように構成されている。ダンパリングの
外側には、図示しないセンタリングが設けられている。
リテイニング絶縁は、回転子１の胴体部の端部付近で図
示しないクリページブロックと接触している。回転子１
の軸方向最端部に位置するクリページブロックは、スロ
ット内の界磁巻線４とダンパリングとを絶縁するために
高さが低く形成されており、ダンパリングと軸方向最端
部のクリページブロックとの間には図示しないチャンネ
ルと呼ばれる絶縁物が挿入されている。回転子１の胴体
部には周方向に複数個のスロットが形成されており、こ
のスロット内には界磁巻線４が収納され、クリページブ
ロックを介してウエッジ１８によって固定されている。
線４は、外径側のリテイニング５により固定されてい
る。界磁巻線４とリテイニング５との間は図示しない円
筒状のリテイニング絶縁によって絶縁されており、回転
子表面に流れるうず電流は、図示しないダンパリングに
よって循環するように構成されている。ダンパリングの
外側には、図示しないセンタリングが設けられている。
リテイニング絶縁は、回転子１の胴体部の端部付近で図
示しないクリページブロックと接触している。回転子１
の軸方向最端部に位置するクリページブロックは、スロ
ット内の界磁巻線４とダンパリングとを絶縁するために
高さが低く形成されており、ダンパリングと軸方向最端
部のクリページブロックとの間には図示しないチャンネ
ルと呼ばれる絶縁物が挿入されている。回転子１の胴体
部には周方向に複数個のスロットが形成されており、こ
のスロット内には界磁巻線４が収納され、クリページブ
ロックを介してウエッジ１８によって固定されている。
【００１５】固定子２は珪素鋼板を積層して形成されて
いるが、この珪素鋼板は次のようにして積層されてい
る。固定子２のラジアルダクト１４の周方向の一部分を
軸方向から見た図３に示すように、固定子コア１５は、
薄い珪素鋼板を多数積層したもので、２０〜１００mm程
度の一定ピッチ毎に高さ５〜１０mm程度のダクトスペー
サ１６を挟んでラジアルダクトを形成している。図３中
の矢印は冷却ガスの流れる方向を示したものである。固
定子コイル１７は、ウエッジ１８で固定子２のスロット
に強固に固定されている。スロット数などにより寸法が
変わることがあるが、一般的にはスロットの幅は２０〜
５０mm、高さは２００〜３００mm程度にする。固定子コ
イル１７の幅は、このスロットに多少の隙間を設けて、
作業性を確保するとともに固定子コイル１７が電磁力に
よって振動したときにスロットにより固定子絶縁を傷つ
けないようにしている。固定子２のウエッジ１８にはＦ
ＲＰなどの非磁性の材料を用いる。回転子１と固定子２
の空隙をファン６により供給された冷却ガスが軸方向に
流れて、図３の矢視Ａ−Ａから見た図４に示すように、
適宜ラジアルダクト１４に分岐して流れる。
いるが、この珪素鋼板は次のようにして積層されてい
る。固定子２のラジアルダクト１４の周方向の一部分を
軸方向から見た図３に示すように、固定子コア１５は、
薄い珪素鋼板を多数積層したもので、２０〜１００mm程
度の一定ピッチ毎に高さ５〜１０mm程度のダクトスペー
サ１６を挟んでラジアルダクトを形成している。図３中
の矢印は冷却ガスの流れる方向を示したものである。固
定子コイル１７は、ウエッジ１８で固定子２のスロット
に強固に固定されている。スロット数などにより寸法が
変わることがあるが、一般的にはスロットの幅は２０〜
５０mm、高さは２００〜３００mm程度にする。固定子コ
イル１７の幅は、このスロットに多少の隙間を設けて、
作業性を確保するとともに固定子コイル１７が電磁力に
よって振動したときにスロットにより固定子絶縁を傷つ
けないようにしている。固定子２のウエッジ１８にはＦ
ＲＰなどの非磁性の材料を用いる。回転子１と固定子２
の空隙をファン６により供給された冷却ガスが軸方向に
流れて、図３の矢視Ａ−Ａから見た図４に示すように、
適宜ラジアルダクト１４に分岐して流れる。
【００１６】図５に示すように、ウエッジ１８は、固定
子２のティース２０に対して５〜１０mm程度凹ませる構
造となっている。この凹みも軸方向に冷却ガスが流れる
空間として利用するようにしている。
子２のティース２０に対して５〜１０mm程度凹ませる構
造となっている。この凹みも軸方向に冷却ガスが流れる
空間として利用するようにしている。
【００１７】本実施例では、ラジアルダクト１４を流れ
る冷却ガスが衝突する方向の面２１とほぼ同じ位置に突
起２２を設けている。突起２２の高さは、ティース２０
と同等の高さに形成し、ティース２０から外に出ないよ
うに形成している。ここで、突起２２をティース２０か
ら外に出ないように形成する理由は、固定子２の内径が
その飛び出した寸法だけ実質的に小さくなり、発電機組
立時のロータ挿入のときに邪魔になるためである。ま
た、空隙を軸方向に流れる冷却ガス２３の通風抵抗とな
るので好ましくない。この突起２２は、冷却ガスの流れ
を変える作用をし、図５に示すような矩形のものの他、
流れに対してまるみを帯びたものが適用できる。すくな
くとも鋭いエッジを有するものは通風抵抗を低減するた
めには好ましくなく、１〜２mm程度の面取りまたはＲを
付けた方がよい。材質としては非磁性体であれば機械的
強度と固定子コイルの温度上昇に耐えられる程度の耐熱
性を有するものを用いる。
る冷却ガスが衝突する方向の面２１とほぼ同じ位置に突
起２２を設けている。突起２２の高さは、ティース２０
と同等の高さに形成し、ティース２０から外に出ないよ
うに形成している。ここで、突起２２をティース２０か
ら外に出ないように形成する理由は、固定子２の内径が
その飛び出した寸法だけ実質的に小さくなり、発電機組
立時のロータ挿入のときに邪魔になるためである。ま
た、空隙を軸方向に流れる冷却ガス２３の通風抵抗とな
るので好ましくない。この突起２２は、冷却ガスの流れ
を変える作用をし、図５に示すような矩形のものの他、
流れに対してまるみを帯びたものが適用できる。すくな
くとも鋭いエッジを有するものは通風抵抗を低減するた
めには好ましくなく、１〜２mm程度の面取りまたはＲを
付けた方がよい。材質としては非磁性体であれば機械的
強度と固定子コイルの温度上昇に耐えられる程度の耐熱
性を有するものを用いる。
【００１８】この突起２２に衝突した冷却ガスの動圧の
一部が静圧に変化し、ラジアルダクト１４のティース２
０入口部の圧力が高くなる。その結果、ラジアルダクト
１４の出口と入口の圧力差が生じるようになり、ラジア
ルダクト１４の冷却流量を増加させることができる。
一部が静圧に変化し、ラジアルダクト１４のティース２
０入口部の圧力が高くなる。その結果、ラジアルダクト
１４の出口と入口の圧力差が生じるようになり、ラジア
ルダクト１４の冷却流量を増加させることができる。
【００１９】図６に示す例は、回転軸方向の断面が鋸状
のウエッジ２４で形成しており、ウエッジ２４と同一材
料で削りだしで製作するのに都合がよい。この場合も鋸
状の先端は図５に示す場合と同様に丸めた方が通風損失
の面からは好ましい。
のウエッジ２４で形成しており、ウエッジ２４と同一材
料で削りだしで製作するのに都合がよい。この場合も鋸
状の先端は図５に示す場合と同様に丸めた方が通風損失
の面からは好ましい。
【００２０】図７に示す例は、ウエッジ１８に掘り込み
２５を設けている。このように構成することでウエッジ
の高さを変える必要がなく、ラジアルダクト１４の風量
分布を改善したい場合に有用である。
２５を設けている。このように構成することでウエッジ
の高さを変える必要がなく、ラジアルダクト１４の風量
分布を改善したい場合に有用である。
【００２１】図５に示す例で説明したように、上述した
例の突起または凹みは、空隙を流れる冷却ガスの動圧の
一部を静圧に変換する作用をするもので、その高さは、
ティース２０先端からウエッジ１８までの凹みに相当す
る高さに設定すればよい。なお、このウエッジは、図２
に示す場合では、固定子２の軸長をＬｃとすると、固定
子２の端部からそれぞれＬｃ／４程度の範囲に設けると
風量分布均一化の面からは適している。又、本実施例の
ウエッジ１８の突起の位置をラジアルダクト１４のティ
ース２０先端横方向の隙間を覆うように形成すれば、図
２に示す場合に生じる中央付近のラジアルダクト１４の
過通風量を緩和することができる。このように、本実施
例のウエッジを用いてその突起または凹みの位置を調節
することによりラジアルダクト通風量を制御できる。
例の突起または凹みは、空隙を流れる冷却ガスの動圧の
一部を静圧に変換する作用をするもので、その高さは、
ティース２０先端からウエッジ１８までの凹みに相当す
る高さに設定すればよい。なお、このウエッジは、図２
に示す場合では、固定子２の軸長をＬｃとすると、固定
子２の端部からそれぞれＬｃ／４程度の範囲に設けると
風量分布均一化の面からは適している。又、本実施例の
ウエッジ１８の突起の位置をラジアルダクト１４のティ
ース２０先端横方向の隙間を覆うように形成すれば、図
２に示す場合に生じる中央付近のラジアルダクト１４の
過通風量を緩和することができる。このように、本実施
例のウエッジを用いてその突起または凹みの位置を調節
することによりラジアルダクト通風量を制御できる。
【００２２】従来の技術と本実施例の固定子２のラジア
ルダクト１４の風速分布および固定子コイル１７の温度
分布の比較を示す図８及び図９から分かるように、符号
２６で示す従来の技術の場合では、中心部の風速が極端
に大きくなり、固定子２のコイル温度が低下している
が、固定子端部では逆に風速が極端に小さくなり、固定
子２のコイル温度が上昇している。一方、符号２７で示
す本実施例の場合は、風速分布および温度分布が比較的
均一になることがわかる。固定子コイル１７の温度上限
は一例として１００℃であり、従来の技術ではこの温度
上限を超えるため、発熱量を小さくするため、発電出力
を下げるしかない。しかしながら、本実施例によれば、
すべての位置において温度上限を超えることがないた
め、同一体格の回転電機で従来の回転電機よりも高い出
力を出すことが可能になる。
ルダクト１４の風速分布および固定子コイル１７の温度
分布の比較を示す図８及び図９から分かるように、符号
２６で示す従来の技術の場合では、中心部の風速が極端
に大きくなり、固定子２のコイル温度が低下している
が、固定子端部では逆に風速が極端に小さくなり、固定
子２のコイル温度が上昇している。一方、符号２７で示
す本実施例の場合は、風速分布および温度分布が比較的
均一になることがわかる。固定子コイル１７の温度上限
は一例として１００℃であり、従来の技術ではこの温度
上限を超えるため、発熱量を小さくするため、発電出力
を下げるしかない。しかしながら、本実施例によれば、
すべての位置において温度上限を超えることがないた
め、同一体格の回転電機で従来の回転電機よりも高い出
力を出すことが可能になる。
【００２３】図１０は、冷却ダクト数Ｎ、隣り合うラジ
アルダクトに挟まれた固定子コア（パケットともいう）
の厚さＰｔ、ラジアルダクト１９のダクトスペーサ高さ
Ｄｈが、それぞれ局所的な固定子コイルの温度上昇の最
高値にどのような影響を及ぼすかを定性的に示した図で
ある。ここで、あるパラメータを変えるときは、他のパ
ラメータは一定にしており、例えば冷却ダクト数Ｎを変
化させるときは固定子コアの厚さＰｔ及びダクトスペー
サ高さＤｈは一定にしている。図１０から分かるよう
に、冷却ダクト数Ｎを大きくするとコイル温度の上昇度
合が増加する傾向を示している。これは、冷却ダクト数
Ｎを増やすことによって各ラジアルダクトの軸方向の風
量分布に不均一が生じて、ホットスポットが生じるため
である。パケット厚さＰｔも厚くなる程コイルの温度は
上昇する。これは、冷却面であるラジアルダクト１４の
表面とコイル４との伝熱距離が大きくなることが原因で
ある。ダクトスペーサ高さＤｈには最適値が存在する。
これは、ダクトスペーサ高さが小さすぎるとラジアルダ
クト１４の圧力損失が大きくなり、通風量が低下してラ
ジアルダクト１４の内部での冷却ガス温上昇が大きくな
るためである。ダクトスペーサ高さＤｈが大きくなる
と、この冷却ガス温上昇によるコイル温度上昇は小さく
なるが、ラジアルダクト１４の通風抵抗が小さくなり、
相対的に固定子２と回転子１の空隙１２から冷却ガスが
ラジアルダクト１４に分岐するときの分岐通風損失が大
きくなり風量分布及び温度分布の不均一が大きくなるた
め、ホットスポットが生じるようになる。このように、
コイルの温度上昇は主この３つのパラメータの相互作用
で決まる。
アルダクトに挟まれた固定子コア（パケットともいう）
の厚さＰｔ、ラジアルダクト１９のダクトスペーサ高さ
Ｄｈが、それぞれ局所的な固定子コイルの温度上昇の最
高値にどのような影響を及ぼすかを定性的に示した図で
ある。ここで、あるパラメータを変えるときは、他のパ
ラメータは一定にしており、例えば冷却ダクト数Ｎを変
化させるときは固定子コアの厚さＰｔ及びダクトスペー
サ高さＤｈは一定にしている。図１０から分かるよう
に、冷却ダクト数Ｎを大きくするとコイル温度の上昇度
合が増加する傾向を示している。これは、冷却ダクト数
Ｎを増やすことによって各ラジアルダクトの軸方向の風
量分布に不均一が生じて、ホットスポットが生じるため
である。パケット厚さＰｔも厚くなる程コイルの温度は
上昇する。これは、冷却面であるラジアルダクト１４の
表面とコイル４との伝熱距離が大きくなることが原因で
ある。ダクトスペーサ高さＤｈには最適値が存在する。
これは、ダクトスペーサ高さが小さすぎるとラジアルダ
クト１４の圧力損失が大きくなり、通風量が低下してラ
ジアルダクト１４の内部での冷却ガス温上昇が大きくな
るためである。ダクトスペーサ高さＤｈが大きくなる
と、この冷却ガス温上昇によるコイル温度上昇は小さく
なるが、ラジアルダクト１４の通風抵抗が小さくなり、
相対的に固定子２と回転子１の空隙１２から冷却ガスが
ラジアルダクト１４に分岐するときの分岐通風損失が大
きくなり風量分布及び温度分布の不均一が大きくなるた
め、ホットスポットが生じるようになる。このように、
コイルの温度上昇は主この３つのパラメータの相互作用
で決まる。
【００２４】図１１は、固定子の軸長Ｌｃを一定にし、
冷却ダクト数Ｎを変化させたときにコイルの局所的な温
度上昇の最高値がどのようになるかを定性的に示した図
である。符号２６で示す実線は従来の技術の場合、符号
２７で示す破線は本実施例の場合である。軸長Ｌｃが３
０００mm，４０００mm，５０００mmの場合についての比
較例を示す。軸長Ｌｃ＝３０００mmの場合は、比較的容
量の小さな発電機であり、熱負荷が小さいため温度上昇
が低く、温度上昇の制限を満足できる冷却ダクト数Ｎの
範囲も広い。軸長Ｌｃが長くなると熱負荷も大きくなり
コイルの温度上昇も大きくなる。これに伴って温度上昇
の制限を満足できる冷却ダクト数Ｎの範囲も狭くなる。
軸長Ｌｃ＝５０００mmでは、従来の技術ではすべての冷
却ダクト数についてコイル温度の制限を満足することが
できないが、本実施例では、冷却ダクト数Ｎが大きい場
合にホットスポットが原因で生じるコイル温度上昇の原
因となっている風量分布不均一を低減できる。これによ
って、コイル温度上昇を下げることができるため、従来
は不可能だった大きな軸長Ｌｃでもシングルセクション
通風を用いることができるようになる。
冷却ダクト数Ｎを変化させたときにコイルの局所的な温
度上昇の最高値がどのようになるかを定性的に示した図
である。符号２６で示す実線は従来の技術の場合、符号
２７で示す破線は本実施例の場合である。軸長Ｌｃが３
０００mm，４０００mm，５０００mmの場合についての比
較例を示す。軸長Ｌｃ＝３０００mmの場合は、比較的容
量の小さな発電機であり、熱負荷が小さいため温度上昇
が低く、温度上昇の制限を満足できる冷却ダクト数Ｎの
範囲も広い。軸長Ｌｃが長くなると熱負荷も大きくなり
コイルの温度上昇も大きくなる。これに伴って温度上昇
の制限を満足できる冷却ダクト数Ｎの範囲も狭くなる。
軸長Ｌｃ＝５０００mmでは、従来の技術ではすべての冷
却ダクト数についてコイル温度の制限を満足することが
できないが、本実施例では、冷却ダクト数Ｎが大きい場
合にホットスポットが原因で生じるコイル温度上昇の原
因となっている風量分布不均一を低減できる。これによ
って、コイル温度上昇を下げることができるため、従来
は不可能だった大きな軸長Ｌｃでもシングルセクション
通風を用いることができるようになる。
【００２５】図１２は、最適な冷却ダクト数Ｎと軸長Ｌ
ｃの範囲の一例を示した図である。符号２８で示すハッ
チングを施した領域が最適な冷却ダクト数Ｎの範囲であ
る。図１２は、この場合、図１２中に示すＮmin は、Ｌ
ｃ／２が１０００でＬｃ／Ｎが４８、Ｌｃ／２が２７０
０でＬｃ／Ｎが６０を通る直線であり、Ｎmax は、Ｌｃ
／２が１０００でＬｃ／Ｎが１０、Ｌｃ／２が２７００
でＬｃ／Ｎが６０を通る直線となる。従って、Ｎmin
は、 Ｌｃ／Ｎ＝（３／４２５）×（Ｌｃ／２）＋４０.９４ …（１） Ｎmax は、 Ｌｃ／Ｎ＝（１／３４）×（Ｌｃ／２）−１９.４１ …（２） となる。
ｃの範囲の一例を示した図である。符号２８で示すハッ
チングを施した領域が最適な冷却ダクト数Ｎの範囲であ
る。図１２は、この場合、図１２中に示すＮmin は、Ｌ
ｃ／２が１０００でＬｃ／Ｎが４８、Ｌｃ／２が２７０
０でＬｃ／Ｎが６０を通る直線であり、Ｎmax は、Ｌｃ
／２が１０００でＬｃ／Ｎが１０、Ｌｃ／２が２７００
でＬｃ／Ｎが６０を通る直線となる。従って、Ｎmin
は、 Ｌｃ／Ｎ＝（３／４２５）×（Ｌｃ／２）＋４０.９４ …（１） Ｎmax は、 Ｌｃ／Ｎ＝（１／３４）×（Ｌｃ／２）−１９.４１ …（２） となる。
【００２６】このように、発電機の軸長Ｌｃが決まった
後、固定子の通風温度分布解析を行い、図１２に示す最
適なダクト数マップを作成してダクト数Ｎを求めること
ができる。
後、固定子の通風温度分布解析を行い、図１２に示す最
適なダクト数マップを作成してダクト数Ｎを求めること
ができる。
【００２７】なお、前述したリバースフロータイプを採
用した場合、流れの方向としては、図５から図７でしま
した矢印は逆向きになるが、突起または凹みの位置は変
えなくてよい。リバースフローの場合は、流れが突起お
よび凹みによって流れの向きが変わることによる局所的
な風速の上昇により静圧が減少する現象を利用してラジ
アルダクトの通風量を増加させる。過通風量を低減させ
る手段としては、フォワードフローの場合と同様に、ウ
エッジの突起または凹みをラジアルダクトのティース先
端横方向の隙間を覆うようにすれば通風量を制限するこ
とができる。
用した場合、流れの方向としては、図５から図７でしま
した矢印は逆向きになるが、突起または凹みの位置は変
えなくてよい。リバースフローの場合は、流れが突起お
よび凹みによって流れの向きが変わることによる局所的
な風速の上昇により静圧が減少する現象を利用してラジ
アルダクトの通風量を増加させる。過通風量を低減させ
る手段としては、フォワードフローの場合と同様に、ウ
エッジの突起または凹みをラジアルダクトのティース先
端横方向の隙間を覆うようにすれば通風量を制限するこ
とができる。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、シングルセクション通
風の回転電機の固定子の温度分布を均一にでき、従来よ
りも高い発電出力出すことが可能となる。又、大きな軸
長の回転電機に適用した場合でも、コイル温度上昇を低
減することができる。その結果、低コストで高信頼な回
転電機を提供できる。
風の回転電機の固定子の温度分布を均一にでき、従来よ
りも高い発電出力出すことが可能となる。又、大きな軸
長の回転電機に適用した場合でも、コイル温度上昇を低
減することができる。その結果、低コストで高信頼な回
転電機を提供できる。
【図１】本発明の一実施例であるタービン発電機の構成
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図２】ガスタービン発電機の縦断面図である。
【図３】固定子のラジアルダクトの構造を示す平面図で
ある。
ある。
【図４】固定子のラジアルダクトの構造の横断面図であ
る。
る。
【図５】固定子ウエッジの斜視図である。
【図６】固定子ウエッジの変形例を示す斜視図である。
【図７】固定子ウエッジの変形例を示す斜視図である。
【図８】固定子のラジアルダクトの軸方向の風速分布を
示す図である。
示す図である。
【図９】固定子のラジアルダクトの軸方向の温度分布を
示す図である。
示す図である。
【図１０】冷却ダクト数，固定子コアの厚さ，ダクトス
ペーサ高さのコイル温度への影響を示す図である。
ペーサ高さのコイル温度への影響を示す図である。
【図１１】冷却ダクト数とコイル温度上昇との関係を示
す図である。
す図である。
【図１２】シングルセクション通風の最適なダクト数の
範囲を示す図である。
範囲を示す図である。
１…回転子、２…固定子、４…コイル、６…ファン、７
…主板、８…冷却器、９…固定子フレーム、１２…空
隙、１４、…ラジアルダクト、１８…ウエッジ、２２…
突起、２５…掘り込み。
…主板、８…冷却器、９…固定子フレーム、１２…空
隙、１４、…ラジアルダクト、１８…ウエッジ、２２…
突起、２５…掘り込み。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ // Ｈ０２Ｋ 5/20 Ｈ０２Ｋ 5/20 (72)発明者 服部 憲一 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
Claims (5)
- 【請求項１】珪素鋼板を積層して形成された固定子と、
該固定子の内周側に配置された回転子と、前記固定子の
外周側に配置された固定子フレームと、該固定子フレー
ムに取付けられ前記回転子を軸受支持する軸受を具備し
たエンドカバーと、前記固定子フレーム内に配置された
冷却器と、前記回転子の軸に取付けられたファンを備え
た回転電機において、前記固定子がダクトスペーサを介
して積層してラジアルダクトが形成されるとともに、前
記固定子のスロット内に収納されるコイルを固定するウ
エッジを具備するものであって、前記ウエッジに動圧を
靜圧に変換する手段を設けたことを特徴とする回転電
機。 - 【請求項２】珪素鋼板を積層して形成された固定子と、
該固定子の内周側に配置された回転子と、前記固定子の
外周側に配置された固定子フレームと、該固定子フレー
ムに取付けられ前記回転子を軸受支持する軸受を具備し
たエンドカバーと、前記固定子フレーム内に配置された
冷却器と、前記回転子の軸に取付けられたファンを備え
た回転電機において、前記固定子がダクトスペーサを介
して積層してラジアルダクトが形成されるとともに、固
定子の軸長をＬｃとした時、前記ラジアルダクトを前記
固定子の両端からＬｃ／４の範囲に設けたことを特徴と
する回転電機。 - 【請求項３】前記動圧を靜圧に変換する手段が前記ウエ
ッジの前記ラジアルダクト側に設けた突起である請求項
１に記載の回転電機。 - 【請求項４】前記動圧を靜圧に変換する手段が前記固定
子と回転子の空隙を流れる冷却ガスの流れに対して、各
ラジアルダクトの圧力側面のウエッジに突起または凹み
設けたものである請求項１に記載の回転電機。 - 【請求項５】前記ラジアルダクトの通風方向を内径側か
ら外径側へ、もしくは外径側から内径側へ一方向となる
ように前記固定子フレームの形状を形成した請求項１か
ら３のいずれかに記載の回転電機。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9126717A JPH10322975A (ja) | 1997-05-16 | 1997-05-16 | 回転電機の通風構造 |
| KR1019980017482A KR19980087081A (ko) | 1997-05-16 | 1998-05-15 | 회전 전기의 통풍 구조 |
| CN98108437A CN1199950A (zh) | 1997-05-16 | 1998-05-15 | 旋转发电机的风冷结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9126717A JPH10322975A (ja) | 1997-05-16 | 1997-05-16 | 回転電機の通風構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10322975A true JPH10322975A (ja) | 1998-12-04 |
Family
ID=14942134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9126717A Pending JPH10322975A (ja) | 1997-05-16 | 1997-05-16 | 回転電機の通風構造 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10322975A (ja) |
| KR (1) | KR19980087081A (ja) |
| CN (1) | CN1199950A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017093116A (ja) * | 2015-11-09 | 2017-05-25 | 株式会社日立産機システム | 回転電機およびそれを用いた送風機 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT504057A1 (de) * | 2006-06-22 | 2008-02-15 | Va Tech Hydro Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur kühlung einer elektrischen maschine |
| FI119211B (fi) * | 2006-07-14 | 2008-08-29 | Abb Oy | Sähkökoneen jäähdytysjärjestely |
| JP4482001B2 (ja) * | 2007-01-15 | 2010-06-16 | 株式会社日立製作所 | 強制冷却型回転電機 |
| US9508470B2 (en) * | 2013-10-29 | 2016-11-29 | General Electric Company | Vibration damage repair in dynamoelectric machines |
| EP3547501A1 (de) * | 2018-03-27 | 2019-10-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Statorsegment |
| EP3637585A1 (en) * | 2018-10-09 | 2020-04-15 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Segmented stator for an electric generator |
| CN110350688B (zh) * | 2019-07-18 | 2020-06-12 | 浙江大学 | 定子以及包括其的电机 |
| CN111682665B (zh) * | 2020-06-19 | 2022-04-08 | 山西电机制造有限公司 | 一种基于定子不等槽冲片和铸铝转子的ie5三相异步电动机 |
-
1997
- 1997-05-16 JP JP9126717A patent/JPH10322975A/ja active Pending
-
1998
- 1998-05-15 CN CN98108437A patent/CN1199950A/zh active Pending
- 1998-05-15 KR KR1019980017482A patent/KR19980087081A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017093116A (ja) * | 2015-11-09 | 2017-05-25 | 株式会社日立産機システム | 回転電機およびそれを用いた送風機 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1199950A (zh) | 1998-11-25 |
| KR19980087081A (ko) | 1998-12-05 |
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