JPS5828455Y2 - 回転電機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は回転電機の通風装置に関するもので。

特に水車発電機のような大型機械の固定子の冷却装置に
関するものである。

水車発電機は突極回転子を具えた物理的大型の竪型機械
で、他の型の発電機に比べて比較的低速度で回転するが
、大直径であるが故に回転子の周速は極めて犬である。

発電機は空気の循環によつって冷却され、２つの型の冷
却装置が慣用されている。

１つの装置では回転子に装架されうる送風機によって空
気は循環され１回転子の突極の間の空間を通って軸方向
に流れるように導かれる。

空気は極間空間を軸方向に流れて界磁巻線及び極を冷却
し、次いで径方向に空隙内に流れ、固定子に向って空隙
を越える。

固定子鉄心はそれを通って延長する径方向排出流路を具
え、空隙を越えた冷却空気はこれらの流路を通って流れ
、固定子巻線及び鉄心を冷却し、鉄心の背後または外周
で吐出され、冷却器を流過した後再循環される。

より近年使用されるようになって来た他の冷却装置は回
転子スパイダ及びリムを送風機として使用し、回転子リ
ム内の流路を通って径方向に空気が流れるようにし、そ
れで極間空間内に流れ、そこから径方向に空隙を越え、
次いで上記したように、固定子鉄心径方向排出流路を通
る。

それ故、これらの装置の双方において、空気は空隙内に
流れ空隙を越える時回転子と共に回転する。

その上、同じ空気が回転子及び固定子鉄心を通って直列
に流れ、空気の容積は温度上昇を所要の限度内に保つに
充分なだけ回転子及び固定子の双方を冷却するのに適正
でなければならない。

それ故、大量の空気が必要で、この大量の空気を回転子
の風速で又はそれに近い速さで回転することは、大きな
風損を生ずる結果となる。

水力機械の現代の傾向は、特にポンプ揚げ貯水設備にお
いて発電機及び電動機の交互作用を行なわせようとする
場合に、大型かつ比較的高速の機械が使用されることで
ある。

大径の回転子と高速回転との組合せは、その結果として
回転子の非常に高い周速を生じ、例えばそれは毎分４５
７５ｍ（１５０００フイート）を超える程になる。

上記した慣用の通風冷却装置であると、風損が極めて高
くなり、機械の全損失中に大きな割合を占めることにな
る。

それ故風損を減少させることは全損失の実質的の減少と
なり、それに相応し働率の増加となり、あるいは機械の
大きさの減少となり、相応した価格の節減となる。

米国特許第３５８８５５７号に記載されているように、
回転子及び固定子の空気流を別々の通風系に分離しかつ
回転子空気流を空隙から封塞することによって上記のよ
うな型の機械における風損を著しく減することが提案さ
れている。

回転子冷却空気が回転子内に限定され、極面損失の結果
としての熱を取除くように空隙内を流れるのを許される
空気だけ以外は空隙に達するのを防止されているので、
これは実質的な風損の減少をもたらす。

回転子空気流と固定子空気流を分けることはまた、所要
空気容量を著しく減する。

慣用の冷却装置では固定子を冷却する空気が最初回転子
内を流れ次いで空隙を越えるので、それが固定子に達す
る以前に回転子損によって加熱される。

したがって、固定子で必要な冷却作用を得るには、比較
的大量の空気流が必要である。

しかし、固定子内の空気流が回転子空気流から分離され
ている場合、冷たい空気が固定子内に入るので、それで
固定子を冷却するために要する空気量は減ぜられ、機械
内を流れる全風量も大いに減小される。

固定子内空気流は回転子内空気流と大部分無関係となり
、より小量の冷却空気が固定子冷却のために使用され得
、新規な固定子通風装置による冷却作用のさらに改善さ
れる機会も生ずることになる。

この考案の出願人が回出こ出願している発明に改良され
た固定子通風装置が記載されている。

この装置において、冷却空気は固定子鉄心の背後すなわ
ち外側を通って導入され、鉄心の径方向通風流路を通っ
て内向きに流れて歯及び巻線の区域に達する。

空気は次いで鉄心内の縦方向流路を通って１つの通風流
路から次の流路へ軸方向に流れ、次いで鉄心を通って径
方向外向きに流れる。

このような冷却装置は固定子冷却空気を循環するのに要
する送給動力を減することによって機械の効率を実質的
に改善すると同時に、より高い機械の定格を許し、ある
いは改善された冷却によってより機械が小型になるのを
許す。

この考案は固定子鉄心内の縦方向流路が巻線スロットの
頂部に位置しているような上記の型の固定子通風装置を
提供している。

上記した出願の発明では、固定子鉄心内の縦方向流路が
径方向通風流路の間に延長する縦方向通路を形成する歯
肉の開孔またはスリットによって与えられる。

この考案によると、縦方向の流路はスロットを通って延
長し、鉄心打抜き板に付加的の開孔を必要としない。

この目的で、スロットの径方向深さは巻線を受入れるの
に必要な深さより大きく作られ、このようにして各スロ
ットの頂部に形成された余分な空間が、縦方向流路とし
て使用される。

２つのくさびが流路を形成するように各スロット内に設
けられる。

第１のくさびは巻線に係合し、巻線を通常の態様で所定
位置に保持し、第２のくさびは流路を形成するように、
第１のくさびから径方向に間隔を保っている。

第２のくさびは空隙に近接していて、鉄心と共に通風空
気ののがれ出るのを防止する封塞部を形成している。

附加的の封塞装置が各径方向通風流路の内端に設けられ
、それで空気通路は完全に空隙から封塞されている。

こめような方式で縦方向流路が鉄心内に設けられ、これ
は容易に製作され、それが巻線に近接しているが故に、
冷却において非常に有効である。

これらの流路を通るための圧力低下は従来技術による流
路を通るものより著しく低く、それで必要な送給動力が
実質的に減少されることが見出された。

この考案は添附図面に関する以下の詳細な記載によって
さらに完全に理解されるであろう。

図示実施例は水車駆動発電機又はポンプ送給貯蔵動力設
備用の発電−電動機として使用するのに適した大型竪型
電機への実施例である。

電機は垂直軸１０を具え、この軸は任意適宜の型の基礎
１６上に支持されている固定子１４と組合わされる回転
子１２を装架している。

軸１０と回転子１２とは慣用の型の推力軸受（図示せず
）上に支持され、機械の全構造は任意の通常のあるいは
所望の型にしつる。

回転子１２は軸１０上に装架され、かつ任意適宜の又は
所望の構造であるスパイダ部１８からなっている。

積層縁部１９がスパイダ部上に装架され、界磁巻線２１
を装架している突極２０が縁部１９上に慣用の態様で装
架されている。

回転子１２は任意適宜の構造にし得、固定子の冷却系か
ら分離されたそれ自体の通風装置によって冷却され、回
転子内の空気流は先に記載したように回転子間の空隙か
ら封鎖されている。

第２図に示すように、仕切り２２が各極間空間を通って
径方向に延長し、フランジ２３を有していて、このフラ
ンジは相隣る極面に係合して極間空間を空隙から封塞し
ている。

回転子は第１図に矢印で示しているように、スパイダを
通って流れかつ極間空間を通って軸方向に流れる空気に
よって冷却される。

固定子１４は積層固定子鉄心２４を具え、これは任意適
宜の構造で基礎１６上に支持されている機枠２６内の端
板２５間に支持されている。

固定子鉄心２４は慣用の積層構造であるが、以下に更に
詳細に記載するように、間隔を置いた径方向通風流路を
具え、この流路を通って空気は鉄心の径方向に流れつる
。

通風冷却空気は任意の所要の装置によって機械内を通っ
て循環されうるが、この装置を回転子上に装架された多
数の羽根２γからなる遠心送風機として図示している。

空気は送風機から矢印で示した経路に流れ、通常の型で
よい冷却器２８を通るが、このような冷却器の必要な数
が機械の周上に設けられる。

冷却器を流過した空気は固定子鉄心２４を通過するため
に適宜な流路に導かれるが、固定子鉄心から吐出された
時、冷却器２９を通るように導かれかつ送風機及び回転
子１２によって再循環されるように吐出される。

図示のように回転子上に装架して適宜な型の送風機が使
用され得、あるいは必要な数の外部に装架された送風機
が冷却器を通る所要の経路に空気を循環し、固定子鉄心
への及び固定子鉄心からの必要な流路へ空気を循環する
のに使用しうることが理解されるであろう。

第３及び４図に詳細に示しているように、固定子鉄心２
４は積層構造であり、通常のように打抜板３０の堆積に
よって中心孔を有する円筒状の鉄心に形成され、この中
心孔を通って縦方向に延長する歯３１を具え、歯はそれ
らの間に固定子巻線３２を受入れるスロットを形成して
いる。

固定子打抜板３０は慣用の型でよく、鉄心を機枠２６内
に支持するための組立用ボルト３４を受入れるための凹
部３３を外周上に具えている。

もし必要なら、孔が打抜板に設けられて鉄心を通る軸方
向流路を形成し、慣用の態様の通風のための通路となる
。

固定子鉄心２４はこれを通って径方向に延長し中心孔か
ら外周にまで達している軸方向に間隔を保った多数の径
方向通風流路３８を具えている。

通風流路３８は打抜板３０のあるものへ所要の間隔で間
隔用指状片すなわち間隔片３９を増付けることによって
与えられ、これによって鉄心内で相隣る打抜板を隔てて
、径方向流路３８が形成される。

固定子巻線３２は任意の普通の型でよいが、歯３１によ
って形成される巻線用スロット内に受入れられている。

この考案によると、スロットは巻線を受入れるに要する
より深Ｘ作られ、それで各スロットの頂部に空間が残る
ようになる。

普通の型でよいくさび４０が各スロットに挿入されて、
巻線と係合して巻線を所定位置に保持する。

第２のくさび４１が頂部において（すなわち半径方向内
端において）スロットに挿入されて、第１のくさびから
径方向に間隔を保ち、そして２つのくさびは流路空間４
２を形成し、この空間はスロットの全長に亘り縦方向に
延長している。

２つのくさびは通常の材料及び設計であるが、第２のく
さび４１は封塞係合でスロット内に嵌められるように作
られ、それで流路空間４２はその全長に亘り、空隙から
封塞されている。

流路空間４２は径方向通風流路３８を横切りそれと連通
ずる。

通風流路３８はその内端において、封塞部材４４によっ
て閉鎖され封塞されていて、封塞部材４４は歯先の間で
流路内に嵌められ、流路を空隙から封塞している。

封塞部材は径方向及び縦方向流路間の空気流を容易にす
るように、図示のような曲面となった表面４５を有して
いるとよい。

先に記載したように冷却器２８から鉄心に導かれる冷却
空気は径方向通風流路３８の一部を通って鉄心の径方向
内向きに流れ、次いで１つの排出流路から次の通風流路
まで流路空間４２を通って縦方向に流れ、通風流路の他
部分を通って径方向外向きに流れ、吐出され再循環され
る。

固定子鉄心を通る空気の望ましい流れ経路は他の流れ経
路も使用されうることか理解されるであろうが、特に第
５及び６図に示されている。

図示のように、各通風流路３８は相隣る組立ボルト３４
間の間隔に相応する量で多数の円周方向区域に分けられ
、区域は第５図に矢印で示すように、交互に流入区域と
吐出区域とになっている。

空気が流路内で所望の流れを行うために、間隔用指状片
すなわち間隔片３９は鉄心の歯部分では半径方向で、次
いで鉄心の残りの部分においては半径方向と鈍角をなし
て延長するように曲げられている。

相隣る通風流路の間隔片３９は第５図に見られるように
、半径に関して反対方向に傾斜されている。

冷たい空気は径方向通風流路の交互の区域を通って導入
され、間に挾まれた区域を通って吐出されること第５図
の矢印の通りである。

吐出された加熱された空気を送風機及び冷却器に導き、
冷たい空気を鉄心内に導くこの目的には、流路の任意適
宜な配置が使用され得る〇 上記した配置の結果として得られる固定子鉄心内の空気
流経路は第６図に線図的に示されていて、この図で１つ
の流れ経路を実線矢印で、他の流れ経路を点線矢印で示
し、３つの円周方向区域が示されている。

このようにして、第６図の前部流路３８に中央区域（実
線矢印）で入った空気は傾斜した間隔片３９によって左
方へ偏され、歯の方へ流れそこで縦方向の流路すなわち
流路空間４２に入る。

これらの流路を通って空気は両方向へ流れるが後方への
流れが示されている。

空気が次の相隣る（後方の）通風流路３８に達した時、
それは反対方向の流れと合し、双方共径方向外向きに通
風流路内に流れる。

この流路の間隔片３９は反対方向に傾斜しているので、
間隔片は空気を更に左方へ偏向し、空気は第６図で左方
の円周方向区域を通って吐出される。

中央区域の後方の通風流路に入った空気の流れ経路を点
線矢印で示している。

この空気流は先に記載したものと逆方向に流れ、右方の
区域を通って前方通風流路から吐出されるように傾斜し
た間隔片３９によって右方へ偏向される。

固定子鉄心及び巻線は空隙から封塞されかつ回転子冷却
空気経路と分離されている経路内に流れる空気によって
冷却されるのが見られたであろう。

冷たい空気は鉄心の背後から径方向内向きに流れ、巻線
の最大の熱が発生する場所に極めて接近したスロット内
の流路を縦方向に通って流れ、鉄心の背後を通って吐出
されるように径方向外向きに流れる。

相隣る径方向流路の間の各縦方向流路の長さは比較的短
かく、空気は平行な多くの短かい通路内で鉄心を通って
流れる。

これは鉄心をこえて比較的圧力低下が小さい結果となり
、それで要求されるファンの圧力差も比較的低い。

空気は固定子鉄心に入る時冷たく、かつ固定子内に発生
する熱だけを吸収することを要求されるから、空気が最
初に回転子内を流れ、次いで空隙を越えて固定子に入り
、それで空気が最初に回転子によって加熱される従来の
通風装置に必要とするより非常に少量の空気が要求され
るだけとなる。

より少量の空気が要求されることは鉄心流路の両側にお
ける圧力低下の低いことと相まって、慣用の冷却装置と
比べて、機械を通って空気を循環させるに要するポンプ
動力を大いに減する結果になり、それに応じた効率の増
加を伴ない、他方において、改善された冷却は機械の定
格の増大を許し、あるいは寸法の減少を許す。

突極型電機用で回転子及び固定子に対する別々の冷却系
が設けられている非常に改善された冷却装置が提供され
たことが明かになったであろう。

ここに記載された新規な固定子冷却装置は固定子の冷却
を著しく改善し、所要のポンプ動力を減じ、実質的な効
率の改善を伴う。

この考案の種々の変形及び異った実施例が勿論可能であ
ることが理解されよう。

それ故、固定子鉄心を通る他の流れ経路も利用し得、鉄
心の外側の外部空気回路も空気を冷却し再循環するよう
に任意所望の又は適宜の態様で配置されうる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の回転電機の１実施例である大型発電
機の垂直断面図、第２図は第１図の電機の回転子及び固
定子の部分平面図、第３図は固定子鉄心の拡大垂直断面
図、第４図は固定子鉄心の一部の部分平面図、第５図は
鉄心の流路を通る空気流を示す固定子鉄心の一部の幾分
線図的の斜視図、第６図は第５図の空気流をさらに示し
た斜視図である。 １０・・・・・・垂直軸、１２・・・・・・回転子、１
４・・・・・・固定子、１６・・・・・・基礎、１８・
・・・・・スパイダ、１９・・・・・・積層縁部、２０
・・・・・・突極、２１・・・・・・界磁巻線、２２・
・・・・・仕切り、２３・・・・・・フランジ、２４・
・・・・・積層固定子鉄心、２５・・・・・・端板、２
６・・・・・・機枠、２７・・・・・・羽根、２８，２
９・・・・・・冷却器、３０・・・・・・打抜板、３１
・・・・・・歯、３２・・・・・・固定子巻線、３８・
・・・・・径方向通風流路、３９・・・・・・間隔用指
状片、４０．４１・・・・・・くさび。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 回転子およびこの回転子を空隙を回して同心に囲む固定
   子を備えた回転電機であって。 前記回転子が前記空隙１こ対して封塞された通風装置お
   よび突極を有し。 前記固定子が。 一端から他端をこまで軸方向に延び前記空隙に面する複
   数のスロットを有する固定子鉄心と。 前記スロット内に配置された固定子巻線と。 各々の前記スロット内に設けられ、前記駆足子巻線に係
   合して前記固定子巻線を所定位置に保持する第１のくさ
   びと。 各々の前記スロット内で前記第１のくさびから前記空隙
   に向って径方向に離間して前記スロットの開端近傍に設
   けられ、前記第１のくさびとの間に前記空隙に対して実
   質的に気密の軸方向流路を形成する第２のくさびと。 前記固定子鉄心の両端で前記軸方向流路を閉じる装置と
   。 前記固定子鉄心内に形成され、互いに軸方向および周方
   向に離間しかつ各々そめ径方向内側端で前記軸方向流路
   に連通した複数の径方向流路とを備え。 もって前記通風装置からの通風気体が前記径方向流路お
   よび前記軸方向流路を通って流れるようにした回転電機
   。