WO2002071577A1 - Machine electrique rotative - Google Patents

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WO2002071577A1
WO2002071577A1 PCT/JP2001/001775 JP0101775W WO02071577A1 WO 2002071577 A1 WO2002071577 A1 WO 2002071577A1 JP 0101775 W JP0101775 W JP 0101775W WO 02071577 A1 WO02071577 A1 WO 02071577A1
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rotor
stator
cooler
ventilation duct
ventilation
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PCT/JP2001/001775
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Kenichi Hattori
Kazumasa Ide
Akiyoshi Komura
Takashi Watanabe
Ryoichi Shiobara
Yasuomi Yagi
Kengo Iwashige
Keiji Kobashi
Original Assignee
Hitachi, Ltd.
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K9/14—Arrangements for cooling or ventilating wherein gaseous cooling medium circulates between the machine casing and a surrounding mantle
    • H02K9/18—Arrangements for cooling or ventilating wherein gaseous cooling medium circulates between the machine casing and a surrounding mantle wherein the external part of the closed circuit comprises a heat exchanger structurally associated with the machine casing
    • H—ELECTRICITY
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    • H02K1/20—Stationary parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
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    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/24—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors with channels or ducts for cooling medium between the conductors

Definitions

  • the present invention relates to a rotating electric machine, and more particularly to a rotating electric machine in which a cooler is installed in a ventilation path through which a cooling medium flows.
  • the rotating electric machine rotates the rotor facing the stator.
  • stators and rotors become heat sources due to iron loss or copper loss and generate high heat.
  • gas such as air is often used as a cooling medium in order to suppress the temperature rise in the machine.
  • a gas cooling medium such as air
  • a duct penetrating in the radial or axial direction shall be provided for each of the stator and the rotor.
  • a fan is provided at the end of the rotating shaft, and the stator and the rotor are cooled by flowing a gas cooling medium such as air by the urging force of the fan.
  • Techniques for cooling the stator and the rotor using air include, for example, those described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 10-150740 and 2000-125125. Things are known. According to this technique, both the air flowing through the stator and the air flowing through the rotor penetrates before the fan provided at the end of the rotating shaft. I do. Then, the combined air is urged and branched by the rotational force of the fan. One of the branched cooling air is guided to the stator, and the other of the branched cooling air is guided to the rotor.
  • An object of the present invention is to provide a rotating electric machine that solves at least one of the above problems.
  • a stator ventilation duct provided inside a stator, a rotor ventilation duct provided on a rotor, and an inlet portion communicating with the rotor ventilation duct are provided.
  • a first ventilation path that guides gas that has passed through the rotor ventilation duct and then passed through the stator ventilation duct to the inlet portion without passing through the fan, and has a first ventilation path that has passed through the rotor ventilation duct. After passing through the child ventilation duct The gas was cooled by a cooler and then led to the first ventilation path.
  • the gas passing through the rotor ventilation duct is led to the stator ventilation duct, and the gas passing through the stator ventilation duct is subjected to the first cooling.
  • the air that was guided to the cooler and passed through the first cooler was guided to the second cooler, and the air that passed through the second cooler was guided to the inlet without passing through the fan.
  • a cooler is placed in the ventilation path from the fan to the inlet, and the gas that has passed through the first ventilation path is led to the inlet without passing through the fan, and the gas that has passed through the rotor ventilation duct is It was configured to pass through Alternatively, the gas energized by the fan passes through the end of the stator, the gas passing through the end passes through the cooler, and the gas passing through the cooler passes through the rotor without passing through the fan. It was configured to be guided to
  • a first ventilation path that guides the gas cooled at the end of the stator to the first cooler and a second ventilation path that guides the gas cooled by the first cooler to the rotor ventilation duct.
  • a third ventilation path for guiding the gas passing through the rotor ventilation path to the stator ventilation path a fourth ventilation path for guiding the gas passing through the stator ventilation path to the second cooler, It was configured to have a fourth ventilation path for guiding the gas cooled by the cooler to the rotor ventilation duct again.
  • a first ventilation path for guiding the gas cooled at the end of the stator to the first cooler and a second ventilation path for guiding the gas passing through the first cooler to the stator ventilation duct.
  • the second ventilation path is configured to pass through the outer periphery of the first cooler in the circumferential direction and to be guided to the rotor ventilation duct.
  • a first ventilation path for guiding the gas cooled at the end of the stator to the first cooler and a second ventilation path for guiding the gas passing through the stator ventilation duct to the second cooler.
  • a third ventilation path for guiding the gas cooled by the first cooler to the rotor ventilation duct without passing through the fan wherein the first ventilation path and the second ventilation path are mutually , Configured to intersect.
  • FIG. 1 is an overall view of a pin generator according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a configuration of a turbine generator according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a turbine generator according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a turbine according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an overview of a generator
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a turbine generator according to a fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a turbine generator as an embodiment
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a turbine generator according to a sixth embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 is an overall view of the turbine generator.
  • stator core 2 there are a stator core 2 and a rotor core 6 in the stator frame 1.
  • the stator core 2 is divided into a plurality of ventilation sections in the axial direction, and the air flows from the inner diameter to the outer diameter.
  • ventilation paths such as 1, 62, and 64 and ventilation paths such as 63 that allow ventilation from the outside diameter to the inside diameter.
  • the outer periphery of stator core 2 is cold There are coolers 41, 42, etc. for cooling the cooling medium.
  • the ventilation duct 13 provided outside the stator frame 1 forms a ventilation path extending from the outlets of the coolers 42, 44 to the rotor, and the cooling medium is introduced into the rotor from the end.
  • the ventilation duct end 14 is stationary, and the gap between the rotating shaft 7, the fan 10, the fan ring 15 for fixing the fan 10, etc., has a leak. It has a seal structure to reduce it.
  • the stator frame is further provided with a ventilation duct 80 for guiding the cooling medium discharged from the fan 10 to the coolers 42, 43, etc., and cooling air discharged from the coolers 41, 43, etc. It has a ventilation duct 90 leading to the fan 10.
  • the ventilation duct 80 introduces the cooling medium cooled by the cooler to the rotor inlet without passing through a heat source such as a fan.
  • the cooling medium in the ventilation duct 80 has already been energized by the fan, and has a pressure equivalent to the air gap 5 between the rotor core and the rotor core 6 and the stator core 2.
  • the centrifugal force caused by the rotation of the rotor core 6 flows from the inlet to the outlet of the rotor, and cools each part of the rotor.
  • the cooling medium that enters the rotor does not pass through a heat source such as a fan after passing through the coolers 42, 44, etc., and thus can reach the rotor inlet with sufficiently low temperature.
  • the ventilation duct 90 cools the cooling medium with a cooler, and then introduces a fan for energizing the cooling medium.
  • the cooling medium which has been greatly disturbed by passing through the fan, collides with the stator end without being affected by the temperature rise caused by a heat source other than the fan. It can be cooled effectively.
  • FIG. 2 shows a ventilation structure of the turbine generator according to the first embodiment.
  • a stator frame 1 inside which a stator core 2 is provided.
  • the stator core 2 has a cylindrical shape, and has an axially A plurality of continuous slots are formed, and the stator winding 3 is accommodated.
  • the stator core 2 is provided with a plurality of radially continuous ventilation ducts 4 in the axial direction.
  • a rotor core 6 is provided on the inner periphery of the stator core 2 via an air gap 5.
  • the rotor core 6 is provided with a rotating shaft 7 integrally formed with the rotor core 6.
  • the rotating shaft 7 extends in the axial direction from the center of both end faces of the rotor core 6, and is supported by a bearing device provided on an inner peripheral portion of an end bracket 8 that covers both ends of the stator frame 1.
  • a plurality of axially continuous slots are formed on the outer peripheral surface side of the rotor core 6 to accommodate the rotor windings. Both ends of the rotor winding are fixed by retaining rings 9.
  • a plurality of radially continuous ventilation ducts 50 are provided in the rotor core 6 in the axial direction.
  • a fan 10 is provided at the end of the rotating shaft 7. Further, a fan ring 15 for fixing the fan 10 is provided, and ventilation paths 15, 21 are provided from the fan ring 15, below the retaining 9, and to the rotor core 6.
  • a cover 17 is provided on the shaft end side of the retaining ring 9 so that the refrigerant in the ventilation path 22 and the refrigerant in the ventilation path 21 outside the rotor do not interfere with each other.
  • the ventilation structure is constructed symmetrically with respect to the central line 12 in the axial direction.
  • the fan 10 rotates together with the rotating shaft 7 and circulates a cooling medium such as air or hydrogen gas sealed in the machine. Ventilation paths 20, 22, 23, etc., through which the cooling medium flows are formed in the machine, and coolers 41, 42, etc., which cool the cooling medium, are installed in the middle of them.
  • stator core 2 is divided into a plurality of ventilation sections in the axial direction, and air is passed from the inner diameter side to the outer diameter side.
  • ventilation paths like 63 A ventilation duct 13 provided outside the stator frame 1 forms a ventilation path extending from an outlet of the cooler 42 to the rotor, and a cooling medium is introduced into the rotor from an end.
  • end of the ventilation duct Numeral 14 is stationary, and the gap between the rotating shaft 7, the fan 10, the fan ring 15, etc., which is a rotating body, has a seal structure for reducing wind leakage.
  • the ventilation cooling passage leading to the rotor is configured as follows.
  • a ventilation path 20 from the outlet of the cooler 41 to the fan 10 and a ventilation path 23 from the exhaust side of the fan 10 to the second cooler 42 through the shaft end of the stator coil 3.
  • the ventilation path 16 After passing through the ventilation path 24 from the outlet of the second cooler 42 to the rotor inlet, the ventilation path 16 through the fan ring 15 and the power bar 17 and the retaining ring 9, the rotor core 6
  • the air passes through the ventilating passage 21, and further through the ventilating passages 51, 61 passing radially to the ventilating passage 20 on the stator outer diameter side, and returns to the first cooler 41.
  • the ventilation paths extending in the radial direction have been described as 51 and 61, but there are other ventilation paths such as 52, 62 or 54, 64, etc. There is also a path that passes through the air passages 7 1, 7 2, etc. of the air gap 5 and then through 62, 6 4, etc. to the air passage 20 on the stator outer diameter side.
  • the relationship between the heat source, the cooler, and the ventilation path is as follows.
  • the cooling air that cools the rotor passes through the ventilation passages 20, 23, 24, 16, 16 and 21.
  • the fan 10 is a heat source that generates a temperature rise by increasing the pressure of the refrigerant.
  • the heat sources and the coolers are alternately arranged like the first cooler 41, the heat source, and the second cooler 42.
  • the low-temperature cooling medium that has passed through the cooler 41 rises in temperature when passing through the fan 10, and is divided into the ventilation passages 22 and 23 and circulates.
  • the refrigerant flowing to the ventilation passage 23 cools the end of the stator winding 3 and further rises in temperature, and then flows to the second cooler 42.
  • the cooling air whose temperature has been reduced by passing through the second cooler is divided into ventilation passages 63 and 24 and circulates, and the cooling air flowing to ventilation passage 24 passes through ventilation passages 16 and 21. Then, the rotor is cooled in ventilation paths such as 51, 52, 53, 54, etc., and the temperature of the refrigerant rises.
  • the high-temperature refrigerant discharged from the ventilation path 51 merges with the low-temperature cooling medium coming from the ventilation path 22 at the air gap 5, passes through the ventilation paths 6 1, 6 2, etc., and enters the stator core 2. Exchange heat.
  • the refrigerant that has undergone heat exchange with the stator core 2 and has increased in temperature returns to the first cooler 41 through the ventilation passage 20.
  • the high-temperature cooling medium discharged from the rotor ventilation passage 53 merges with the cooling discharged from the ventilation passage 63, passes through the axial ventilation passages 71, 72, etc. Merges with the high-temperature cooling medium discharged from channels 52 and 54. At this time, the cooling medium discharged from the ventilation passage 63 exchanges heat with the stator core 2 and the temperature increases, but the rotor ventilation passages 52, 53, and
  • the temperature of the cooling medium discharged from the rotor is lower after the merging because the temperature is lower than the cooling medium discharged from 53 mag. After this, the ventilation channel 62,
  • the heat source such as the end of the stator coil 3 is passed from the exhaust side of the fan 10 to the second cooler 4 2 To reduce the temperature and introduce it as a cooling medium for the rotor.
  • the temperature of the cooling medium introduced into the rotor can be lowered, so that the temperature of the refrigerant after cooling the rotor is necessarily reduced. Since the cooling medium discharged from the rotor always passes through the ventilation duct 4 of the stator, it is possible to reduce the temperature of the stator.
  • FIG. 3 shows a second embodiment, in which two or more ventilation sections are provided in the axial direction at the stator core 2 and a cooler 4 is provided on the outer diameter side of the stator core 2 in the ventilation section. 1, 42, 43, 44, etc. are arranged, the cooling medium is blown out from the inner diameter side of the stator core, and then passes through the coolers 41, 43.
  • This is an example of application to a generator having a section that passes through the coolers 42 and 44 from the inner circumference side and then blows into the inner diameter side of the stator core 2.
  • a ventilation path 23 that passes through a heat source such as a fan 10 and a shaft end of a stator coil 3, it is branched to a plurality of ventilation paths such as coolers 42 and 44.
  • a generator having 62, 64, etc. flow paths from the outer circumference to the inner circumference of the stator.
  • the ventilation path from the outer circumference to the inner circumference such as 32, 34, etc.
  • the cooling medium is introduced in parallel from a plurality of cooling paths, so that the load on the cooler can be distributed.
  • FIG. 4 shows a ventilation cooling structure of a turbine generator according to a third embodiment, in which a second cooler 42 is provided outside the stator frame 1. This structure can also be applied to a generator that does not have a second cooler in the ventilation path that passes through the end of the fan 10 and the stator coil 3 inside the generator.
  • FIG. 5 shows the fourth embodiment, and shows a configuration in which a ventilation medium 24 for the rotor is further provided with a device 11 for increasing the pressure of the cooling medium.
  • the booster 11 is provided on the side of the ventilation path 23, which is the front side of the second cooler 42, but is provided on the side of the ventilation path 21 on the rotor side from the fan 42. May be.
  • FIG. 6 shows a fifth embodiment, in which a fan 10 is provided at an end of a retaining ring 9.
  • a fan 10 is provided at an end of a retaining ring 9.
  • an interposition such as another ring for fixing the fan 10 may be met.
  • the fan ring 15 described above can be omitted, so that the ventilation resistance generated by the fan ring 15 can be reduced.
  • FIG. 7 shows a ventilation cooling structure of a turbine generator according to a fourth embodiment, in which a ventilation improvement device 18 is provided in a rotor portion of a ventilation passage 13 near a rotor inlet.
  • the ventilation improvement device 18 may meet with a structure in which the pressure of the cooling medium is increased, or a structure that reduces the ventilation resistance toward the ventilation paths 16 and 21, that is, the cooling medium that has gone straight through the cooling path 24.
  • the structure may be such that a turn is provided.
  • the mechanism for raising the pressure and the mechanism for providing the turning may be provided in the fan ring 15.
  • a rise in temperature can be reduced.
  • the temperature of the cooling medium introduced into the rotor can be reduced without changing the ventilation path of the cooling medium discharged from the rotor, a locally high-temperature portion can be removed regardless of the rotor or the stator. The temperature rise of the rotor can be reduced without occurrence.

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Description

明 細
回転電機 技術分野
本発明は、 回転電機に係り、 特に冷却媒体が流れる通風路に冷却器を 設置した回転電機に関するものである。 背景技術
回転電機は、 固定子に対向させて回転子を回転させるものである。 こ の固定子及び回転子は鉄損或いは銅損等のため熱源となり高熱を発生す る。 機内の温度上昇を抑制するため、 一般に、 冷却媒体として空気等の 気体が多く用いられる。 空気等の気体冷却媒体を用いる場合、 固定子及 び回転子のそれぞれについて、 径あるいは軸方向に貫通したダク トを設 ける。 そして、 回転軸の端部にファンを設け、 このファンの付勢力によ り、 空気等の気体冷却媒体を流通させることにより、 固定子及び回転子 を冷却する。
空気を用いて固定子及び回転子を冷却する技術としては、 例えば特開 平 1 0— 1 5 0 7 4 0号公報及び特開 2 0 0 0— 1 2 5 5 1 1号公報に 記載のものが知られている。 この技術によると、 固定子を貫通して流通 するダク ト、 及び、 回転子を貫通して流通するダク トを通った空気の両 方は、 回転軸端部に設けられたファンの手前で合流する。 そして、 この 合流した空気は、 ファンの回転力により、 付勢され、 分岐される。 分岐 された一方の冷却空気は固定子に導かれ、 分岐された他方の冷却空気は 回転子に導かれる。
なお、 特開平 1 0— 1 5 0 7 4 0号公報に記載の技術では、 合流した 空気は比較的に大きな冷却器で冷却される。 そして、 この比較的に大き な冷却器で冷却された後、 分岐され、 分岐された一方の'冷却空気は固定 子に導かれ、 分岐された他方の冷却空気は回転子に導かれる。 また、 特 開 2 0 0 0— 1 2 5 5 1 1号公報に記載の技術では、 合流した空気はま ず分岐される、 そして、 その分岐された空気はそれぞれ異なった冷却器 に導かれて別個に冷却される。 分岐された一方は固定子及び巻線端部に 導かれ、 分岐された他方は回転子に導かれる。 発明の開示
上記の従来の技術では、 十分な冷却ができなかった。 具体的には、 分 岐された一方の冷却空気が固定子に導かれ、 分岐された他方の空気が回 転子に導かれるため、 ファンを通ることによって空気自体が温度上昇し た後に回転子に導かれるため、 回転子の冷却が不十分となっていた。 あ るいは、 ファンを逆方向に取り付け、 冷却器を通った後の空気を固定子 及び回転子に導入する技術も存在したが、 この場合には固定子巻線端部 にもつとも温度の高い冷却風が集中するとともに、 該固定子巻線端部へ の冷却空気の供給が不充分であり、 冷却が不充分でるとともに、 構造的 に見て複雑であり、 装置全体が大型となっていた。
本発明の目的は、 上記問題点の少なくとも 1つを解消した回転電機を 提供することに有る。
上記目的を達成するために、 本発明では、 固定子の内部に設けられた 固定子通風ダク トと、 回転子に設けられた回転子通風ダク トと、 回転子 通風ダク トに通じる入口部と、 回転子通風ダク トを通ってから固定子通 風ダク トを通過した気体をフアンを通らずに入口部に導く第 1の通風路 を有し、 回転子通風ダク トを通ってから前記固定子通風ダク トを通過し た気体は冷却器で冷却されてから第 1の通風路に導かれるように構成し た。
或いは、 回転子通風ダク トに連通する入口部を有し、 回転子通風ダク トを通過した気体は固定子通風ダク トに導かれ、 固定子通風ダク トを通 過した気体は第 1 の冷却器に導かれ、 第 1 の冷却器を通過した空気は第 2の冷却器に導かれ、 第 2の冷却器を通過した空気はファンを通らずに 入口部に導かれるように構成した。
或いは、 固定子通風ダク トを通過した気体と回転子通風ダク トを通過 した気体が共通で導かれる第 1の通風路と、 回転子通風ダク トに通じる 入口部を有し、 ファンの排気側から入口部に至る通風路に冷却器を配置 し、 第 1の通風路を通った気体はファンを通らずに入口部に導かれ、 回 転子通風ダク トを通った気体は固定子通風ダク トを通るように構成した。 或いは、 ファンで付勢された気体は固定子の端部を通過し、 さらに、 端部を通過した気体は冷却器を通過し、 冷却器を通過した気体はファン を通らずに回転子通風ダク トに導かれるように構成した。
或いは、 固定子の端部を冷却した気体を第 1の冷却器に導く第 1の通 風路と、 第 1の冷却器で冷却された気体を回転子通風ダク トに導く第 2 の通風路と、 回転子通風路を通った気体を固定子通風路に導く第 3の通 風路と、 固定子通風路を通った気体を第 2の冷却器に導く第 4の通風路 と、 第 2の冷却器で冷却された気体を再び回転子通風ダク トに導く第 4 の通風路を有するように構成した。
或いは、 固定子の端部を冷却した気体を第 1の冷却器に導く第 1の通 風路と、 第 1 の冷却器を通った気体を固定子通風ダク トに導く第 2の通 風路を有し、 第 2の通風路は第 1の冷却器の周方向外側を通って回転子 通風ダク トに導かれるように構成した。 或いは、 固定子の端部を冷却した気体を第 1 の冷却器に導く第 1の通 風路と、 固定子通風ダク トを通った気体を第 2の冷却器に導く第 2の通 風路と、 第 1の冷却器で冷却された気体をファンを通らずに回転子通風 ダク トに導く第 3の通風路を有し、 第 1の通風路と第 2の通風路は、 互 いに、 交差するように構成した。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の第 1の実施の形態であるタ一ピン発電機に係る全 体図であり、 第 2図は、 本発明の第 1の実施の形態であるタービン発電 機の構成を示す図であり、 第 3図は、 本発明の第 2の実施の形態である タービン発電機の構成を示す図であり、 第 4図は、 本発明の第 3の実施 の形態であるタービン発電機の概観を示す図であり、 第 5図は、 本発明 の第 4の実施の形態であるタービン発電機の構成を示す図であり、 第 6 図は、 本発明の第 5の実施の形態であるタービン発電機の構成を示す図 であり、 第 7図は、 本発明の第 6の実施の形態であるタービン発電機の 構成を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の第 1の実施の形態であるタービン発電機に係る全体図 を図面に基づいて説明する。
第 1図は、 タービン発電機の全体図である。
図示のように、 固定子枠 1内に固定子鉄心 2 と回転子鉄心 6があり、 固定子鉄心 2の部分は軸方向に複数の通風区間に仕切り、 内径側から外 径側に通風する 6 1， 6 2， 6 4のような通風路と外径側から内径側に 通風する 6 3のような通風路が存在する。 固定子鉄心 2の外周側には冷 却媒体を冷却するための冷却器 4 1， 4 2等が存在する。 固定子枠 1 の 外部に設けた通風ダク ト 1 3は冷却器 4 2， 4 4等の出口から回転子に 到る通風路を形成し、 端部より、 回転子に冷却媒体を導入する。 ここで 通風ダク ト端部 1 4は静止しており、 回転体である回転軸 7 ， ファ ン 1 0 , ファン 1 0を固定するファンリング 1 5等との間のギャップには、 風漏れを低減するためのシール構造を有する。 固定子枠にはさらに、 フ アン 1 0から排出された冷却媒体を冷却器 4 2， 4 3等に導く通風ダク ト 8 0、 及び冷却器 4 1 , 4 3等から排出された冷却風をファン 1 0.に 導く通風ダク ト 9 0を有する。
このうち通風ダク ト 8 0は冷却器で冷却した冷却媒体を、 ファン等の 熱源を経由することなく回転子入口に導入する。 通風ダク ト 8 0内の冷 却媒体は、 ファンにより、 すでに付勢されており、 回転子出口部つまり、 回転子鉄心 6と固定子鉄心 2の間のエアギャップ 5と同等の圧力になつ ているため、 回転子鉄心 6の回転に起因する遠心力によって回転子入口 から出口まで流れ、 回転子各部を冷却する。 ここで、 回転子に突入する 冷却媒体は冷却器 4 2， 4 4等を通った後にはファン等の熱源を通って いないため、 十分に温度の低いままで回転子入口部まで到達できる。 一方通風ダク ト 9 0は、 冷却媒体を冷却器で冷却した後に、 該冷却媒 体を付勢するためのファンまで導入する。 この構造では、 ファンを通る ことによつて乱れが大きくなつた冷却媒体が、 ファン以外の熱源による 温度上昇の影響を受けずに固定子端部に衝突することになり、 該固定子 端部を効果的に冷却することができる。
第 2図は第 1の実施の形態であるタービン発電機の通風構造を示す。 図示のように、 固定子枠 1があり、 その内部に固定子鉄心 2を設けてい る。 固定子鉄心 2は円筒形状のものであり、 その内周面側には軸方向に 連続したスロッ トを複数形成し、 固定子巻線 3を収納している。 固定子 鉄心 2には径方向に連続した通風ダク ト 4を軸方向に複数設けている。 固定子鉄心 2の内周部にはエアギャップ 5を介して回転子鉄心 6を設 けている。 回転子鉄心 6には回転子鉄心 6 と一体形成した回転軸 7を設 けている。 回転軸 7は回転子鉄心 6の両側端面の中心部から軸方向に延 び、 固定子枠 1の両端を塞ぐェンドブラケッ ト 8の内周部に設けられた 軸受装置によって支持される。 回転子鉄心 6の外周面側には軸方向に連 続したスロッ トを複数形成し、 回転子卷線を収納している。 回転子巻線 の両端部はリテイニングリング 9によって固定している。 回転子鉄心 6 には、 径方向に連続した通風ダク ト 5 0を軸方向に複数設けている。 回 転軸 7の端部にはファン 1 0を設けている。 また、 ファン 1 0を固定す るためのファンリング 1 5を設け、 ファンリ ング 1 5からリテイニング 9下を通り、 回転子鉄心 6に至る通風路 1 5 , 2 1を設けている。 リテ イニングリング 9の軸端側には通風路 2 2の冷媒と回転子外部の通風路 2 1の冷媒が干渉しないよう、 カバー 1 7 を設けている。 なお、 通風構 造は軸方向中央線 1 2に線対称に構成する。 ファン 1 0は回転軸 7と共 に回転し、 機内に封入されている空気や水素ガス等の冷却媒体を機内に 流通させる。 機内には冷却媒体を流通させる通風路 2 0， 2 2， 2 3等 を形成し、 その途中に冷却媒体を冷却する冷却器 4 1， 4 2等を設置し ている。
また、 固定子鉄心 2の部分は軸方向に複数の通風区間に仕切り、 内径 側から外径側に通風する 6 1 , 6 2 , 6 4のような通風路と外径側から 内径側に通風する 6 3のような通風路が存在する。 固定子枠 1の外部に 設けた通風ダク ト 1 3は冷却器 4 2の出口から回転子に到る通風路を形 成し、 端部より、 回転子に冷却媒体を導入する。 ここで通風ダク ト端部 1 4は静止しており、 回転体である回転軸 7 , ファン 1 0， ファンリン グ 1 5等との間のギャップには、 風漏れを低減するためのシール構造を 有する。
本実施の形態では回転子に至る通風冷却路を次のように構成している。 冷却器 4 1の出口からファン 1 0に至る通風路 2 0， ファン 1 0の排 気側から固定子コイル 3の軸端部を通り、 第 2の冷却器 4 2に至る通風 路 2 3， 第 2の冷却器 4 2の出口からロータ入口に至る通風路 2 4， フ アンリング 1 5を通る通風路 1 6と力バー 1 7及びリテイニングリング 9の下を通り、 回転子鉄心 6に至る通風路 2 1、 さらには径方向に抜け る通風路 5 1， 6 1 を通って固定子外径側の通風路 2 0に至り、 第 1の 冷却器 4 1に戻る。 ここで径方向に至る通風路としては 5 1， 6 1につ いて説明したが、 他に 5 2， 6 2あるいは 5 4， 6 4等の通風路を通る 場合もあるし、 通風路 5 3からエアギャップ 5の通風路 7 1 , 7 2等を 通り、 その後 6 2 , 6 4等を通って固定子外径側の通風路 2 0に至る経 路もある。
尚、 上記の他に回転子を通らず、 固定子のみを通るループが存在する。 ファン 1 0を通った後にエアギャップ 5に向かう通風路 2 2及び第二の 冷却器 42の出口から固定子鉄心を介してエアギヤップ 5に向かう通風 路 6 3等であるが、 これらは回転子から通風路 5 1 , 5 2， 5 3， 5 4 等を介して排出された冷媒と合流し、 6 1， 6 2 , 6 4等の通風路を通 つて固定子外径側の通風路 2 0に至る。
次に熱源と、 冷却器， 通風路の関係は以下のようになる。 回転子を冷 却する冷却風は通風路 2 0 , 2 3， 2 4， 1 6 , 2 1 を通るが、 この間 には冷媒を昇圧することによって温度上昇を生じさせる熱源であるファ ン 1 0， 銅損を発生する固定子巻線 3の端部からなる熱源が存在する。 つまり、 通風路は第 1の冷却器 4 1， 熱源， 第 2の冷却器 4 2のように 熱源と冷却器を交互に配置している。
次に冷却媒体の流れと冷却媒体の温度上昇について説明する。
冷却器 4 1を通った低温の冷却媒体はファン 1 0を通過する際に温度 上昇し、 通風路 2 2と通風路 2 3に分かれて流通する。 通風路 2 3に向 かった冷媒は固定子巻線 3の端部を冷却してさらに温度上昇した後、 第 2の冷却器 4 2に向かう。 第 2の冷却器を通過することによって温度低 減した冷却風は通風路 6 3 と 2 4に分かれて流通し、 通風路 2 4に向か つた冷却風は通風路 1 6 , 2 1 を経由し、 5 1 , 5 2 , 5 3 , 5 4等の 通風路で回転子を冷却し、 冷媒は温度上昇する。 その後、 通風路 5 1か ら排出した高温の冷媒は、 通風路 2 2から来た低温の冷却媒体とエアギ ヤップ 5で合流し、 通風路 6 1 , 6 2等を通って固定子鉄心 2 と熱交換 する。 固定子鉄心 2と熱交換し、 温度上昇した冷媒は、 通風路 2 0を通 つて第 1のクーラ 4 1に戻る。
軸中央部付近では、 回転子通風路 5 3から排出された高温の冷却媒体 は通風路 6 3から排出された冷却と合流し、 軸方向通風路 7 1， 7 2等 を経由したのち、 通風路 5 2， 5 4から排出された高温の冷却媒体と、 合流する。 この際、 通風路 6 3から排出された冷却媒体は、 固定子鉄心 2と熱交換しており、 温度上昇しているが、 回転子通風路 5 2， 5 3，
5 3等から排出された冷却媒体よりは温度が低いため、 回転子から排出 された冷却媒体温度は合流後のほうが低くなる。 この後、 通風路 6 2，
6 4を通って固定子鉄心 2 と熱交換して温度上昇した後に冷却器 4 1 に 向かう。
以上説明した第 1の実施の形態によれば、 ファン 1 0の排気側から固 定子コィル 3の端部等の熱源を通過させてからさらに第 2の冷却器 4 2 で温度低減し、 回転子の冷却媒体として導入する。 この構造では回転子 に導入する冷却媒体の温度を低くすることができるため、 回転子を冷却 した後の冷媒温度も必然的に低減する。 回転子から排出された冷却媒体 は必ず固定子の通風ダク ト 4を通過するため、 固定子の温度低減も見込 める。
第 3図は第 2の実施の形態であり、 固定子鉄心 2の部分で軸方向に 2 つ以上に仕切られた通風区間を設け、 通風区間の固定子鉄心 2の外径側 に冷却器 4 1， 4 2， 4 3， 4 4等を配置し、 冷却媒体が固定子鉄心の 内径側から吹き出した後に冷却器 4 1 , 4 3を通過する区間と、 冷却媒 体が固定子枠 1の内周側から冷却器 4 2， 4 4を通過した後に固定子鉄 心 2の内径側に吹き込む区間とを有した発電機への適用例である。. 第 2 の実施の形態のようにファン 1 0， 固定子コイル 3の軸端部分等の熱源 を通る通風路 2 3を経由した後に冷却器 4 2 , 4 4等複数の通風路に分 岐して固定子の外周側から内周側に向かう 6 2， 6 4等の流路を有した 発電機への適用例である。 この場合は、 固定子の外周側から内周側に通 風する区間 6 2， 6 4等からそれぞれ回転子に向かう通風路として 3 2， 3 4等のように外周から内周に向かう通風区間の数だけ設けるのが良い, 複数の冷却路から並列に冷却媒体を導入するため、 冷却器への負荷を分 散することができる。
第 4図は第 3の実施の形態であるタービン発電機の通風冷却構造を示 し、 第 2の冷却器 4 2を固定子枠 1の外部に設けたものである。 この構 造では、 発電機内部にファン 1 0， 固定子コイル 3の端部を通る通風路 に第 2の冷却器を設置しない発電機にも適用できる。
第 5図は第 4の実施の形態を示し、 回転子へ向かう通風路 2 4にさら に冷却媒体を昇圧する装置 1 1を設けた構成を示す。 回転子に向かう通 風路 2 4 , 2 1の冷却媒体量をさらに増加させたいときに有効である。 この場合、 昇圧装置 1 1は第 2の冷却器 4 2の手前側である通風路 2 3 側に設けた例を示しているが、 ファン 4 2より回転子側の通風路 2 1側 に設けても良い。
第 6図は第 5の実施の形態を示し、 ファン 1 0をリテイニングリング 9の端部に設けたものである。 この場合、 リテイニングリング 9とファ ン 1 0の間には、 ファン 1 0を固定するための他のリング等の介在物が 会っても良い。 この構造では、 前述のファンリング 1 5を省略すること ができるため、 ファンリング 1 5によって生じる通風抵抗分を低減する ことができる。
第 7図は第 4の実施の形態であるタービン発電機の通風冷却構造を示 し、 回転子入口付近の通風路 1 3の、 回転子部分に通風改善装置 1 8を 設けたものである。 通風改善装置 1 8は冷却媒体を昇圧する構造で会つ ても良いし、 通風路 1 6、 及び 2 1に向かうための通風抵抗を減らす構 造、 すなわち冷却通路 2 4を直進してきた冷却媒体に旋回を設ける構造 となっていても良い。 さらには、 前述の昇圧するための機構や、 旋回を 設けるための機構をフアンリング 1 5に持たせても良い。 産業上の利用可能性
以上説明したように、 本発明によれば、 温度上昇を低減できる。 また、 回転子内部に供給する冷却気体の風量を増加させて、 効率的に、 回転子 を冷却することができる。 また、 回転子から排出された冷却媒体の通風 路を変更することなく回転子に導入する冷却媒体の温度を下げることが できるので、 回転子， 固定子にかかわらず局所的に温度の高い部分を生 じることなく回転子の温度上昇を低減することができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 固定子と、 .前記固定子と対向して回転する回転子と、 前記回転子と 回転する回転軸と、 前記回転軸の端部付近に設けられたファンと、 前記 固定子の内部に設けられた固定子通風ダク トと、 前記回転子の内部に設 けられた回転子通風ダク トと、 前記回転子通風ダク トに通じる入口部と、 前記回転子通風ダク トを通ってから前記固定子通風ダク トを通過した気 体を前記ファンを通らずに前記入口部に導く第 1 の通風路を有し、 前記 回転子通風ダク トを通ってから前記固定子通風ダク トを通過した気体は 冷却器で冷却されてから前記第 1の通風路に導かれることを特徴とする 回転電機。
2 . 請求項 1において、 前記回転子通風ダク ト及び前記固定子通風ダク トを通った気体は前記フアンにより付勢された後に前記冷却器に導かれ ることを特徴とする回転電機。
3 . 請求項 3において、 前記ファンにより付勢された気体は前記固定子 の端部を通った後に前記冷却器に導かれることを特徴とする回転電機。
4 . 請求項 3において、 前記回転子と前記ファンの間の通風路、 或いは、 前記固定子と前記ファンの間の通風路に、 前記冷却器とは異なる第 2の 冷却器を配置することを特徴とする回転電機。
5 . 請求項 5において、 前記冷却器を通った空気の一部は前記固定子通 風ダク トに導かれ、 前記第 2の冷却器を通った空気の一部は前記回転子 と前記固定子の間の間隙に導かれることを特徴とする回転電機。
6 . 請求項 5において、 前記回転子及び前記固定子は枠体の内部に納め られ、 前記第 2の冷却器は枠体の外部に設けられることを特徵とする回
7 . 請求項 7において、 前記固定子端部から前記入口部に至る通風路で あり且つ枠体の外部にファンを配置したことを特徴とする回転電機。
8 . 請求項 5において、 冷却気体は空気であることを特徴とする回転電 機。
9 . 請求項 1 において、 前記回転子に巻き回された巻線と、 前記巻線の 端部を保持するリテイニングを有し、 前記ファンは前記リテイニング外 側に隣接して配置されることを特徴とする回転電機。
1 0 . 請求項 1において、 第 1の通風路における入口部分の近傍で通風 改善することを特徴とする回転電機。
1 1 . 請求項 1 0において、 通風改善は気体に旋回運動を付与してなる ことを特徴とする回転電機。
1 2 . 固定子と、 前記固定子と対向して回転する回転子と、 前記回転子 と回転する回転軸と、 前記回転軸の端部付近に設けられたファンと、 前 記固定子の内部に設けられた固定子通風ダク トと、 前記回転子の内部に 設けられた回転子通風ダク トと、 前記回転子通風ダク トに通じる入口部 と、 前記固定子通風ダク トと前記回転子通風ダク トの両方を通過した気 体を前記ファンを通らずに前記入口部に導く第 1の通風路を有し、 前記 固定子通風ダク トと前記回転子通風ダク 卜の両方を通過した気体は冷却 器で冷却されてから前記第 1の通風路に導かれることを特徴とする回転 電機。
1 3 . 固定子と、 前記固定子と対向して回転する回転子と、 前記回転子 と回転する回転軸と、 前記回転軸の端部付近に設けられたファンと、 前 記固定子の内部に設けられた固定子通風ダク トと、 前記回転子の内部に 設けられた回転子通風ダク トと、 前記固定子通風ダク ト或いは前記回転 子通風ダク トの一方を少なく とも通過して混合した気体を前記フアンを 通らずに前記入口部に導く第 1の通風路を有し、 前記混合した気体は冷 却器で冷却されてから前記第 1の通風路に導かれることを特徴とする回 転電機。
1 4 . 固定子と、 前記固定子と対向して回転する回転子と、 前記回転子 と回転する回転軸と、 前記回転軸の端部付近に設けられたファンと、 第 1の冷却器と、 前記第 1の冷却器から前記回転軸の軸方向延長線上に設 けられた第 2の冷却器と、 前記回転子の内部に設けられた回転子通風ダ ク トと、 前記固定子の内部に設けられた固定子通風ダク トと、 前記回転 子通風ダク トに連通する入口部を有し、 前記回転子通風ダク 卜を通過し た気体は固定子通風ダク トに導かれ、 前記固定子通風ダク トを通過した 気体は第 1の冷却器に導かれ、 前記第 1の冷却器を通過した空気は前記 固定子端部を通って第 2の冷却器に導かれ、 前記第 2の冷却器を通過し た空気は前記フアンを通らずに入口部に導かれることを特徴とする回転 電機。
1 5 . 請求項 1 2において、 前記固定子通風ダク トと異なる第 2の固定 子通風ダク トと、 前記第 1の冷却器の軸方向延長線上に設けられ且つ前 記第 2の冷却器と異なる第 3の冷却器を有し、 前記第 2の固定子通風ダ ク トを通った気体は前記第 3の冷却器に導かれることを特徴とする回転
1 6 . 請求項 1 3において、 前記第 2の冷却器は互いに回転軸方向延長 線に設けられた 2つの冷却器よりなり、 前記第 1の冷却器を通過した気 体は一方の冷却器に、 前記第 3の冷却器を通過した気体は他方に導かれ ることを特徴とする回転電機。
1 7 . 固定子と、 前記固定子と対向して回転する回転子と、 前記回転子 と回転する回転軸と、 前記回転軸端部付近に設けられたファンと、 前記 固定子の内部に設けられた固定子通風ダク トと、 前記回転子の内部に設 けられた回転子通風ダク トと、 前記固定子通風ダク トを通過した気体と 前記回転子通風ダク トを通過した気体が共通で導かれる第 1の通風路と 前記回転子通風ダク トに通じる入口部を有し、 前記ファンの排気側から 入口部に至る通風路に冷却器を配置し、 前記第 1 の通風路を通った気体 はファンを通らずに入口部に導かれ、 前記回転子通風ダク トを通った気 体は前記固定子通風ダク トを通ることを特徴とする回転電機。
1 8 . 固定子と、 前記固定子と対向して回転する回転子と、 前記回転子 と回転する回転軸と、 前記回転軸に設けられたファンと、 前記回転子の 内部に設けられた回転子通風ダク トを有し、 前記ファンで付勢された気 体は前記固定子の端部を通過し、 さらに、 前記端部を通過した気体は冷 却器を通過し、 前記冷却器を通過した気体は前記ファンを通らずに前記 回転子通風ダク 卜に導かれることを特徴とする回転電機。
1 9 . 第 1の冷却器及び第 2の冷却器を有する回転電機であって、 固定 子と、 前記固定子と対向して回転する回転子と、 前記固定子の内部に設 けられた固定子通風ダク トと、 前記回転子の内部に設けられた回転子通 風ダク トを有し、 さらに、 前記固定子の端部を冷却した気体を前記第 1 の冷却器に導く第 1の通風路と、 前記第 1の冷却器で冷却された気体を 前記回転子通風ダク 卜に導く第 2の通風路を有し、 前記回転子通風ダク トを通った気体を間隙を介して前記固定子通風ダク 卜に導くものであつ て、 前記固定子通風路を通った気体を前記第 2の冷却器に導く第 3の通 風路を有することを特徴とする回転電機。
2 0 . 第 1の冷却器及び第 2の冷却器を有する回転電機であって、 固定 子と、 前記固定子と対向して回転する回転子と、 前記回転子の内部に設 けられた回転子通風ダク トを有し、 前記固定子の端部を冷却した気体を 前記第 1の冷却器に導く第 1 の通風路と、 前記第 1 の冷却器を通った気 体を固定子通風ダク トに導く第 2の通風路を有し、 前記第 2の通風路は 前記第 1の冷却器の周方向外側を通って前記回転子通風ダク トに導かれ ることを特徴とする回転電機。
2 1 . 第 1の冷却器及び第 2の冷却器を有する回転電機であって、 固定 子と、 前記固定子と対向して回転する回転子と、 前記回転子を回転する 回転軸と、 前記回転軸に設けられたファンと、 前記固定子の内部に設け られた固定子通風ダク トと、 前記回転子の内部に設けられた回転子通風 ダク トを有し、 前記固定子の端部を冷却した気体を前記第 1の冷却器に 導く第 1の通風路と、 前記固定子通風ダク トを通った気体を前記第 2の 冷却器に導く第 2の通風路と、 前記第 1の冷却器で冷却された気体をフ アンを通らずに前記回転子通風ダク トに導く第 3の通風路を有し、 前記 第 1の通風路と第 2の通風路は、 互いに、 交差していることを特徴とす る回転電機。
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