JPS58170337A - 回転電機の固定子鉄心部冷却装置 - Google Patents

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】 この発明は、固定子鉄心に冷却油を流通するようにした
、回転電機の固定子鉄心部冷却装置に関する。

従来の回転電機の固定子鉄心部の冷却は、積層鉄心に軸
方向に対し所定間隔ごとに多数のダクト片を取付は半径
方向の流通ダクトを形成し、冷却媒体を流通して冷却し
ている。冷却媒体には一般に空気を利用しているが、タ
ービン発電機なト大容量機では水素ガスを用いている。

また、水素ガスより冷却効率のよい水を固定子鉄心に通
し、冷却効果を向上させたものがある。水冷却の固定子
鉄心は、鉄心を軸方向に貫通する冷却水管、又は積層鉄
心に軸方向に対し所定間隔ごとに設置され、半径方向の
冷却水の通路を有する冷却板の流路に、冷却水を強制流
通させて冷却している。

近年、回転電機では、単機容量の増大と超電導回転子の
開発の進展により、固定子鉄心にストットをなくし固定
子コイルを装着した、エアギャンプワインデイングが採
用されるようになった。エアギャップワインディング回
転電機は、固定子鉄心に歯部がないため、磁束密度を高
めるとともに、エアギャップ部に固定子コイルを配置し
占積率を高めることができる。特に、超電導回転子と組
合わせた超電導回転電機では、超電導回転子の強大な起
磁力により、磁束密度を格段に高めることができる。

エアギャップワインディングは、従来の構造の大形ター
ビン発電機の定格電圧（２０〜３０ｋｖ）を超える高電
圧化が可能であり、送電システムに直接結合できる可能
性がある。

上記エアギャップワインディング回転電機の固定子部を
、従来の冷却媒体による通風冷却をすると、相当大きな
通風損失が生じ、また、水素ガスでは、防爆手段や水素
ガス供給装置、密封装置など複雑な設備を要し、補修点
検が非常に面倒となる〇 一方、水冷却にすると、発熱体である固定子鉄心に冷却
水管、あるいは冷却板を介在して冷却水で冷却すること
になり、熱伝導上から好ましくない。芒らに、冷却水管
あるいは冷却板と固定子鉄心との熱膨張差により、回転
電機の始動・停止ごとの繰返し応力が加わり、長期運転
後、双方間にすき間が生じ、熱伝導が大幅に低下したシ
、破損に至り水漏れが生じた夛、あるいは、冷却水によ
り谷部にさびが発生する欠点がある。

また、冷却水管や冷却板には、熱伝導の良好な金属材料
を使用するため、導電率が大きく、高磁界による渦電流
が流通しやすくなる。そのうえ、固定子鉄心の鉄心板が
冷却水管あるいは冷却板と電気的に接触状態となると、
鉄心の磁束を横切る電流経路となるため、渦電流による
大電流が流れ、鉄心を焼損するおそれがある。

この発明は、固定子鉄心に軸方向の複数の冷却油穴を配
設し、これらの冷却油穴に冷却油を流通し、鉄心の発熱
を効率よく伝導して冷却し、温度上昇を抑え、信頼性が
高く、構造が簡単で安価になる回転電機の固定子鉄心部
冷却装置を提供することを目的としている。

以下、この発明の一実施例を、エアギャップワインディ
ング回転電機の場合を図について説明する。

第１図は同定子鉄心部冷却装置を示すエアギャップワイ
ンディング回転電機の概賛縦断面図である。（１）は多
数枚の鉄心板を積層して形成された固定子鉄心で、内円
周部はスロットなしになっており、両端に押え板（２）
が当てられ所定の面圧で締付けられており、軸方向に貫
通する冷却油穴（３）が複数箇所に配設されている。（
４）は多数個の固定子コイルで、絶縁内筒（５）の外周
部に配設されており、この組立体が固定子鉄心（１）の
内周部に挿入されて固定逼れている。（６）は固定子鉄
心（１）を内部に保持した固定子フレームで、両端にブ
ラケット（７）が油密に取付けられ全閉油密形になって
いる。（８）は両端がブラケット（７）に油密に結合さ
れた封鎖絶縁円筒で、固定子ゝ隷六６）内に供給され充
満している冷却１’ｌ１１１＋１）を封鎖している。冷
却油（ｌｌ）には熱伝達が大で、絶縁性能のすぐれた品
質の油を用いる。

次に、（９）は回転子で、界磁コイル（図示は略す）を
装着していて磁束を発生する。αＱは回転子（９）を支
持する軸受である。

上記回転電機において、外部の冷却油供給装置（図示は
略す）により固定子フレーム（６）内に冷却油（１１）
が矢印Ａのように供給されて充満し、固定子鉄心（１）
及び固定子コイル（４）は油浸漬される。冷却油（１１
）は油圧によｐ１矢印Ｂのように冷却油穴（３）を流通
し固定子鉄心（１）を直接冷却する。また、冷却油（Ｉ
Ｉ）の一部は矢印Ｃのように、各固定子コイル（４）の
側面とコイル間の絶縁間隔片（図示は略す）との間に形
成されである流路（４ａ）を軸方向に流通し固定子コイ
ル（４）を冷却する。

冷却油穴（３）及び流路（４ａ）を流通し温度上昇した
冷却油は、矢印りのように、固定子フレーム（６）外に
排出され、外部の油冷却器及び油ろ過器（いづれも図示
は略す）に通され、上記冷却油供給装置に返される。

上記同定子鉄心（１）の鉄心板を、第２図に拡大正面図
で示す。鉄心板（ｌａ）は、例えば、けい素鋼板材から
扇形に打抜かれていて、複数の冷却油穴（３）が抜かれ
てるる。

冷却油穴（３）の穴径及び配設数は、固定子鉄心（１）
の鉄損と温度上昇、冷却油の入口と出口間の圧力差、固
定子鉄心を流通する油量を考慮して決められる。なお、
この冷却油穴（３）の穴径は、鉄心板（１ａ）を積層し
たときの穴のずれを考慮し、数ミリメートル以上が望ま
しい。

上記のように、固定子部の冷却は、油浸漬し冷却油（１
１）を直接流通しており、従来のような複雑な通風冷却
の手段は要しない。冷却油（川は冷却管を介さず、発熱
源をなす固定子鉄心（１）に直接接触して流通している
ので、熱伝達が良好にできる。また、固定子部内全体に
冷却油を充満しており、冷却油穴（３）からの油漏れの
対策は不要となる。

上記実施例では、各冷却油穴（３）に冷却油（１１）が
入口側から出口側に並列に通シ抜ける流通経路にしであ
るが、固定子鉄心（１）の流油量を制限するには、冷却
油穴（３）を奇数回通る流通経路にする。

冷却油αｑの入口、出口間の圧力差は、固定子コイル（
４）の冷却設計から定められるが、固定子鉄心（１）の
流路抵抗は比較的小さいため、適切な流油量にするには
、冷却油穴（３）の穴径を小さくするか、人数を少なく
するか、あるいは、オリフィスを設ける必要がある。し
かし、冷却油穴（３）の穴径は数□　　ミリメートル以
上にする必要でオシ、固定子鉄心（１）の各部の温度上
昇を均一にするためから、穴数を少なくすることはでき
ない０また、谷冷却油穴（３）の入口にオリフィスを取
付けることは面倒でめシ、目詰シのおそれもある。

第３図及び第４図は、この発明の他の実施例を示す同定
子鉄心部油冷却装置の一部は断面にした側面図及び正面
図である。図は冷却油０りが固定子鉄心（１）内を３回
通過する流通経路の場合を示している。α匂は一方の押
え板で、軸方向の導入穴（１′４が円周方向に対し複数
箇所に配設され、裏面には環状溝（１２ａ）が設けられ
、各導入穴α萄に通じている。

環状溝（１２ａ）には所要箇所に止めせん輛が詰められ
、この箇所の円周方向の流通を止めであるｏ　（１４）
は他方の押え板で、軸方向の導出穴（１５）が円周方向
に対し複数箇所に配設され、裏面には環状溝（１４ａ）
が設けられ、谷導出穴（嘴に通じている。環状溝（１４
１１）には所要箇所には止めせん０＠が詰められ、この
箇所の円周方向の流通を止めである〇上記押え板α４の
導入穴０１に矢印Ｅのように流入した冷却油（１１）は
、矢印力゛のように冷却油穴（３）を流通し、押え板Ｈ
の環状溝（１４ａ）を矢印Ｇのように通シ、隣の冷却油
穴（３）を矢印Ｈのように流通し、押え板（１′４の環
状溝（１２ａ）を矢印Ｊのように通り、次の冷却油穴（
３）を矢印にのように流通し、押え板α荀の導出穴（１
すから矢印りのように流出する。このようにして流路抵
抗を、１回通過の流通経路の場合の約３倍に増大するこ
とができる。

上記のように固定子部内を冷却油で浸漬し、冷却油を流
通して冷却することにより、絶縁がすぐれ高電圧に適用
できる冷却効果のすぐれたエアギャップワインディング
回転電機が得られる。

なお、上記実施例では、隣接する冷却油穴（３）間の連
通溝として、押え板（１２）及び（１４）の裏面に環状
溝（１２ａ）及び（１４ａ）を設け、所要箇所を止めせ
んＯｆ９で詰めたが、連通を要する隣接する冷却油穴（
３）間のみを連通する連通溝を、各部え板の裏面に設け
、止めぜんを省くようにしてもよい。

また、上記実施例では、回転電機としてエアギャップワ
インディング回転電機の場合を示したが、他の種の回転
電機にも適用できるものである。

以上のように、この発明によれば、固定子鉄心に軸方向
の複数の冷却油穴を配設し、冷却油を流通し直接冷却す
るようにしたので、固定子鉄心部の冷却効果が向上し信
頼性が高められ、構造が簡単で価格を低減することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による固定子鉄心部冷却装
置を示すエアギャップワインディング回転電機の概嶽縦
断面図、第２図は第１図の固定子鉄心板の拡大正面図、
第３図はこの発明の他の実施例による固定子鉄心部冷却
装置を示す一部は断面にした１１ａ１面図、第４図は第
３図の正面図である。 ｌ・・・固定子鉄心、ｌａ・・・鉄心板、２・・・押え
板、３・・・冷却油穴、６・・・固定子わく、１１・・
・冷却油、１２．１４・・・押え板、１２ａ、１４ａ・
・・環状溝、１３・・・導入穴、工５・・・導出穴、１
６・・・止めせんなお、図中同一符号は同−又は相当部
分を示°ち代理人　葛野信−（外１名） 第１図 第２図 第３図 第４図 手続補正書（自発） 特許庁長官殿 １、事件の表示　　　　特願昭５７−５４１９５号２、
発明の名称　　回転電機の固定子鉄心部冷却装置３、補
正をする者 事件との関係　　　特許出願人 ５、補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」及び「図面の簡単な説明
」の欄。 ６、補正の内容 １１）　　明細書第２ページ第１２行の「ストン」を「
スロツ」に補正する。 （２）明細書第３ページ第７行の「穴子部」を「定子鉄
心部」に補正する。 （３）　　明細書第４ページ第６行の「渦電流による大
電流」を「大きな渦電流」に補正する。 （４）　　明細書第５ページ第１４行の「磁束」を「磁
界」に補正する。 ｆｉｌ　　明細書第１０ページ第１２行の「固定子わく
」を「固定子フレーム」に補正する。 以上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）固定子鉄心に軸方向の冷却油穴を複数箇所配設し
   、これらの冷却油穴に冷却油を流通するようにしたこと
   を特徴とする回転電機の固定子鉄心部冷却装置。
2. （２）　　固定子鉄心端部の押え板の裏面に、上記固定
   子鉄心の隣接する所定の冷却油大間を連通ずるだめの連
   通溝を設け、冷却油を固定子鉄心内に奇数回通過させる
   流通退路を形成したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の回転電機の固定子鉄心部冷却装置。