JPH1098850A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固定子鉄心を軸方向に分割する通風ダクトを
設けることなく、良好に冷却し得る冷却装置を備えた回
転電機を提供する。 【解決手段】 冷却ガスを封入した気密ケーシング８，
１０内に配設され内周部から周方向に見て鉄心スロット
２２に連なって外周部へ貫通し軸方向に見て複数箇所に
かつ周方向に見て複数箇所に分布して配設された複数の
通風孔３を有する固定子鉄心１，２１を含む固定子と、
気密ケーシング８，１０内の固定子鉄心１，２１の内周
側にこれと空隙７を介して回転自在に支持され、かつ回
転子軸５０の端部にファン１３を有する回転子５と、ガ
ス冷却器１１を含み、少なくとも固定子を冷却するため
に冷却ガスがファン１３によりガス冷却器１１および通
風孔３を通流して循環するように気密ケーシング内に形
成された冷却装置９，１２とを備えた回転電機。

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、特にター
ビン発電機の冷却方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転電機、特にタービン発電機等の大型
の回転電機は、電気的損失および機械的損失により、固
定子巻線や固定子鉄心、回転子等の温度が上昇する。特
に、固定子においては鉄心端部の温度上昇が顕著であ
る。回転電機、特にタービン発電機においては、これら
の温度上昇部を冷却するために、回転子に取り付けたフ
ァンにより発電機内に冷却ガスを循環させて冷却してい
る。以下、図６および図７を参照して従来のこの種の回
転電機の冷却方式を説明する。

【０００３】図６は冷却ガス循環路を有する回転電機の
縦断面図、図７はその固定子鉄心の斜視図である。図６
および図７に示す回転電機はタービン発電機であって、
発電機の基本構造としてスロット２２に固定子巻線コイ
ル２を巻装した固定子鉄心１と、これに空隙７を対向配
置された回転子５を備えている。固定子鉄心１は薄い電
気鉄板を積層して構成される成層鉄心であって、ガス冷
却のためのガス通路すなわち通風ダクト４を形成するた
め軸方向に複数個に分割され、適当数、図示の場合は２
つのガス通路毎に、冷却ガスが外周側から内周側へと向
かう吸気セクションと、逆に冷却ガスが内周側から外周
側へと向かう排気セクションとを形成している。回転子
５はベアリングブラケット１０により図示していない軸
受を介して支承されている軸５０上に取付けられてい
る。ベアリングブラケット１０とその外周端で係合する
固定子フレーム８とにより気密ケーシングを構成してい
る。この気密ケーシング内には、固定子鉄心１と固定子
フレーム８との間、および固定子鉄心１とベアリングブ
ラケット１０との間に比較的大きな間隔があり、そこに
導風板９および１２を配設することにより、冷却ガスを
循環させるための循環通路が形成されている。軸５０上
には冷却ガスを循環させるためのファン１３が取付けら
れている。

【０００４】この循環通路内の冷却ガスはガス冷却器１
１により冷却された後、ファン１３によって空隙７の一
方の軸方向端部に圧送され、ここで、固定子端面に沿っ
て固定子鉄心背部すなわち固定子鉄心の外周側へ送られ
るガス９１と、回転子端部へ送られるガス９３と、空隙
７へ送られるガス９４とに分岐される。このうち、固定
子鉄心背部すなわち固定子鉄心１の外周側へ送られたガ
ス９１は、吸気セクションの鉄心背部から通風ダクト４
を通って空隙７へ送られ、その後、回転子５の冷却方式
が回転子表面からガスを回転子内部に取り込むタイプの
場合には、さらに回転子５の内部へ送られて内部から回
転子５を冷却し、再び空隙７へ戻され、排気セクション
の通風ダクト４を通って鉄心外周部へ送られ、ここから
さらに、導風板１２によって形成された風路２０を通っ
てガス冷却器１１へ戻る。

【０００５】このように通風ダクト４は、回転電機の固
定子鉄心１の中央部、および回転子５のコア部の冷却通
風経路形成のために重要な役割を果たしている。従来、
この通風ダクト４を形成するために、すでに述べたよう
に、成層鉄心を軸方向に複数個に分割され、その間に、
図７に示すように、放射方向に走るスペーサ１４を周方
向に適当数介挿していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の回転電機の冷却
構造では、固定子鉄心１の通風ダクト４の部分には磁束
が通らない。回転電機に必要な磁束を確保するという純
電気的・磁気的な面から考えると、通風ダクト４は無駄
な空間であり、通風ダクト４が存在するために固定子全
体の軸方向長さが長くなってしまう。

【０００７】そのため、固定子鉄心を軸方向に分割する
通風ダクトを設けることのない回転電機の場合は、固定
子全体の軸方向長さを短縮することができる。この点に
着目して本出願人は、特願平８一８５１３７号の発明
（以下、「先願発明」という）を提案した。先願発明で
は、図８に示すごとく、回転電機の固定子鉄心２１およ
び回転子（図示せず）を冷却するために必要な固定子鉄
心２１の通風路を形成するために、固定子鉄心２１の内
径側ティース部から固定子鉄心２１の背部へ貫通する多
数の通風孔３を、軸方向に見て複数箇所に、かつ周方向
に見て複数箇所に等分に分布させて設けている。このよ
うな構成とすれば、従来の構成と比べ、固定子鉄心内通
風路に沿った冷却面積が減少するという問題があるが、
回転電機、特に大型のタービン発電機においては、固定
子巻線コイル２の内部に固定子コイル冷却用の液体を流
す流路を設け、そこに冷却用液体を流すことにより固定
子巻線コイル２を冷却しており、固定子鉄心１および固
定子巻線コイル２の損失により発生する熱は、固定子巻
線コイル２内を流れる冷却用液体と、固定子鉄心内通風
路内を流れる冷却ガスの両方により冷却される。そのた
め、固定子巻線コイル２の内部に固定子コイル冷却用の
液体を流す流路を設けていない比較的小型のタービン発
電機に比べ、大型のタービン発電機においては、冷却ガ
スの必要流量は比較的少ない。そのため、冷却ガスの流
れる通風路に沿った冷却面積を少なくすることは、特に
大型のタービン発電機の場合には可能である。

【０００８】先願発明においては、固定子鉄心１の内径
側ティース部から固定子鉄心１の背部へ貫通する通風孔
３が、固定子巻線コイル２を納める固定子鉄心スロット
２２と干渉しないことを特徴とし、固定子巻線コイル２
を固定子鉄心スロット２２内に納め固定するために、作
業時には液状でありながら熱などで硬化する樹脂接着剤
または樹脂成形体を用い、固定子巻線コイル２の電磁振
動を抑制し、固定子巻線コイル２と固定子鉄心１間の熱
伝導を向上させることを狙っている。

【０００９】つまり先願発明においては、固定子鉄心１
の内径側ティース部から固定子鉄心１の背部へ貫通する
通風孔３が、樹脂等の液体注入のために固定子巻線コイ
ル２を納める軸方向に走る固定子鉄心スロット２２と干
渉しないことを意図しており、そのため、通風孔３を固
定子鉄心１に配設する場合に少なからず配置位置の制約
を受けることになる。そのため、固定子鉄心１の通風冷
却を行うための通風孔の位置に対する自由度が小さく、
最適な通風孔配置を行うことが難しいという問題があっ
た。

【００１０】そこで、本発明においては、軸方向長さを
大きくする原因となる、固定子鉄心を軸方向に分割する
通風ダクトを設けることなく、良好に冷却し得る冷却装
置を備えた回転電機を提供することを目的とする。

【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、請求項１に記載の発明は、冷却ガスを封入した気密
ケーシングと、この気密ケーシング内に配設され内周部
から周方向に見て固定子巻線コイルを挿入した鉄心スロ
ットに連なり外周部へ貫通し軸方向に見て複数箇所にか
つ周方向に見て鉄心スロットに対応させて複数箇所に分
布して配設された複数の通風孔を有する固定子鉄心を含
む固定子組立体と、気密ケーシング内の固定子鉄心の内
周側にこれと空隙を介して回転自在に支持され、かつそ
の軸の端部にファンを有する回転子と、ガス冷却器を含
み、少なくとも固定子組立体を冷却するために冷却ガス
がファンによりガス冷却器および通風孔を通流して循環
するように気密ケーシング内に形成された冷却装置とを
備えた回転電機を要旨とするものである。

【００１２】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の回転電機において、固定子鉄心を、その内径側で通風
孔の断面積を広げるためにスロット領域でそのスロット
とは反対側に斜め切欠部を形成したことを特徴とするも
のである。

【００１３】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の回転電機において、通風孔を固定子巻線コイ
ルに面する面積を反対側の面積よりも広くしたことを特
徴とするものである。

【００１４】請求項４に記載の発明は、請求項１ないし
３のいずれかに記載の回転電機において、複数の通風孔
を、周方向通風路および軸方向通風路により縦横に相互
に連通させたことを特徴とするものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】

（請求項１の発明の実施の形態）図１および図２を用い
て本発明の第１の実施の形態について説明する。回転電
機の固定子鉄心１および回転子５を冷却するために必要
な固定子鉄心２１の通風路を、固定子鉄心２１の内周部
から周方向に見て鉄心スロットに連なり外周部へ貫通す
る通風孔３を、軸方向に見て複数箇所に、かつ周方向に
見て鉄心スロットに対応させて複数箇所に分布させて設
ける。

【００１６】この場合、回転電機内部での全体の通風経
路は図６の場合と同様とし、固定子鉄心２１の放射方向
通風路を構成するのは図６，７の通風ダクト４の代わり
に図１および図２による通風孔３を用いた構造となる。
回転電機全体の通風経路の説明は、図６および図７を参
照して行ったものと同様であり、ここでは省略する。こ
のような構成とすることにより、軸方向寸法を必要とす
る図６，７のような通風ダクト４を設ける必要が無くな
るので、固定子鉄心２１の軸方向長さを短くすることが
できる。

【００１７】以上の構造を有する回転電機によれば、固
定子鉄心の固定子内での占有率が増大し、固定子鉄心の
軸方向長さを短くし、回転電機全体の軸方向長さを短く
することができる。また、通風孔を固定子鉄心に自由に
配置できるため、固定子鉄心の通風孔の最適配置が可能
となり、冷却性能の向上を図ることができる。

【００１８】図２は通風孔３を形成する部分の個々の電
気鉄板２３の平面形状と通風孔３を形成する鉄心欠落部
２４との関係を例示したものである。回転電機、例えば
大型のタービン発電機の場合、固定子鉄心は、電気鉄板
から打ち抜いた鉄心抜板２３と呼ばれる厚さ０．３５ｍ
ｍ程度の薄い珪素鋼板を積み重ねることにより形成され
るので、通風孔３を形成する部分の鉄心抜板２３につい
ては、通風孔３に相当する部分を鉄心欠落部２４として
欠落させておき、所定数の鉄心抜板２３を積層すること
により通風孔３を形成することができる。

【００１９】（請求項２の発明の実施の形態）図３は、
図２の実施の態様とは異なる第２の実施の態様を示すも
のである。固定子鉄心は全体として円筒形状であるた
め、図２に示すような鉄心抜板２３を積層すると固定子
鉄心内径側で一般に通風孔が狭まる傾向がある。そのた
め、図３の実施の態様においては、固定子鉄心内径側で
通風孔すなわち鉄心欠落部２５の断面積を広げるために
斜め切欠部２７を形成した鉄心抜板２６を示すものであ
る。

【００２０】（請求項３の発明の実施の形態）図４は、
本発明の第３の実施の態様を示すものであって、固定子
鉄心内周側から外周側に向かって固定子鉄心１およびス
ロットに装着された固定子巻線コイル２を見た図であ
る。特に発熱の大きい固定子コイルの冷却効率を向上さ
せるため、固定子スロットに装着されるコイルの冷却面
積を大きくするために、コイルに接する側を軸方向に広
げた通風孔８１を備えたことを特徴とするものである。

【００２１】（請求項４の発明の実施の形態）図５は、
本発明の第４の実施の態様を示すものである。特に発熱
の大きい固定子巻線コイル２の冷却効率を向上させるた
め、固定子巻線コイル２の側面に形成した通風孔を、周
方向通風路８２および軸方向通風路８３により縦横に相
互に連通させたものである。

【００２２】以上の各実施の態様によれば、固定子の冷
却を一層効果的に遂行することができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
固定子鉄心を軸方向に分割することなく良好に冷却し得
る冷却装置を備えた、軸方向長さの短い回転電機を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による回転電機の第１の実施の態様を示
す固定子鉄心の斜視図。

【図２】通風孔を形成する部分の個々の電気鉄板の平面
形状の第１の具体例を示す平面図。

【図３】通風孔を形成する部分の個々の電気鉄板の平面
形状の第２の具体例を示す平面図。

【図４】本発明による回転電機の第２の実施の態様を示
す固定子鉄心の部分内面図。

【図５】本発明による回転電機の第３の実施の態様を示
す固定子鉄心の部分内面図。

【図６】冷却ガスの循環路を有する従来の回転電機の縦
断面図。

【図７】図６の固定子鉄心の斜視図。

【図８】従来の固定子鉄心の異なる構成例を示す斜視
図。

【符号の説明】

１ 固定子鉄心 ２ 固定子巻線コイル ３ 通風孔 ４ 通風ダクト ５ 回転子 ６ 回転子通風孔 ７ ガス空隙 ８ ケーシング ９ 導風板 １０ ベアリングブラケット １１ ガス冷却器 １２ 導風板 １３ ファン １４ 間隔片 ２０ 風路 ２１ 固定子鉄心 ２２ スロット ２３ 鉄心抜板 ２４ 鉄心欠落部 ５０ 軸 ８１ 通風孔 ８２ 周方向通風路 ８３ 軸方向通風路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷却ガスを封入した気密ケーシングと、 この気密ケーシング内に配設され内周部から周方向に見
   て固定子巻線コイルを挿入した鉄心スロットに連なり外
   周部へ貫通し軸方向に見て複数箇所にかつ周方向に見て
   鉄心スロットに対応させて複数箇所に分布して配設され
   た複数の通風孔を有する固定子鉄心を含む固定子組立体
   と、 前記気密ケーシング内の前記固定子鉄心の内周側にこれ
   と空隙を介して回転自在に支持され、かつその軸の端部
   にファンを有する回転子と、 ガス冷却器を含み、少なくとも前記固定子組立体を冷却
   するために冷却ガスが前記ファンにより前記ガス冷却器
   および前記通風孔を通流して循環するように前記気密ケ
   ーシング内に形成された冷却装置とを備えた回転電機。
2. 【請求項２】請求項１に記載の回転電機において、前記
   固定子鉄心を、その内径側で前記通風孔の断面積を広げ
   るためにスロット領域でそのスロットとは反対側に斜め
   切欠部を形成したことを特徴とする回転電機。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載の回転電機におい
   て、前記通風孔を前記固定子巻線コイルに面する面積を
   反対側の面積よりも広くしたことを特徴とする回転電
   機。
4. 【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の回転
   電機において、前記複数の通風孔を、周方向通風路およ
   び軸方向通風路により縦横に相互に連通させたことを特
   徴とする回転電機。