WO2020261561A1 - 回転電機 - Google Patents

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大喜 小寺
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三菱電機株式会社
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    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/20—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/42—Means for preventing or reducing eddy-current losses in the winding heads, e.g. by shielding
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • H02K9/04—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium
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    • 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

Definitions

  • This application relates to a rotary electric machine.
  • Rotating electric machines especially large rotating electric machines such as turbo generators raise the temperature of the stator windings, stator cores, etc. due to electrical loss and mechanical loss.
  • the cooling gas in the rotary electric machine is circulated by a fan attached to the rotor in order to cool the temperature rising portion, and the cooling gas is cooled by the gas cooler.
  • the portion made of magnetic metal is covered from the inside with a shield plate made of a good conductive metal plate.
  • a cooling passage through which a cooling medium is passed is provided inside the shield plate, and a pipe for supplying and discharging the cooling medium is provided in the cooling passage to prevent heating of a bracket or the like (see Patent Document 1).
  • the magnetic metal adjacent to the stator winding is overheated by the leakage magnetic flux. Therefore, for example, in the bracket of Patent Document 1, in order to prevent overheating, a shield plate made of a good conductive metal plate is used. Covered the inside.
  • rotary electric machines are required to save space and increase output, and it is necessary to reduce the size of the frame.
  • the frame and the stator winding are brought close to each other, the frame overheats, so that further measures to prevent overheating of the frame are required.
  • the present application has been made to solve the above-mentioned problems, and by forcibly cooling the shield plate provided between the frame and the stator winding, the frame can be miniaturized with a high cooling effect.
  • the purpose is to provide a rotary electric machine.
  • the rotary electric machine disclosed in the present application is A rotor with a columnar rotor core that generates a magnetic field fixed to the shaft, A stator arranged so as to surround the rotor core, and a stator composed of a stator core and a coil wound in a slot of the stator core.
  • a rotary electric machine including a frame for accommodating the stator and the rotor.
  • the end housing portion is partitioned by a partition plate into a first space on the side where the cooler that cools the cooling gas circulating in the rotary electric machine exists and a second space on the side where the coil end portion exists.
  • the partition plate has a suction port that opens in the circumferential direction at the outer end in the radial direction.
  • a shield plate made of a magnetically conductive metal plate connected to the inside of the partition plate in the radial direction with respect to the suction port and arranged along the circumferential direction of the frame is provided.
  • a ventilation path communicating with the suction port is formed between the shield plate and the frame.
  • the rotary electric machine disclosed in the present application by forcibly cooling the shield plate provided between the frame and the stator winding, it is possible to provide a rotary electric machine that has a high cooling effect on the frame and can be miniaturized.
  • FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part obtained by cutting one end of the rotary electric machine in the axial direction according to the first embodiment vertically in the axial direction.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a main part of the first partition wall according to the first embodiment as viewed from the circumferential direction shown in FIG.
  • FIG. 5 is a front schematic view of the shield plate according to the first embodiment as viewed in the radial direction from the inside of the rotary electric machine. It is a figure which looked at the stay by Embodiment 1 in the direction of the ventilation path of FIG.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the rotary electric machine 100 according to the first embodiment.
  • the rotary electric machine 100 has a rotor 2 having a columnar rotor core 22 that generates a magnetic field fixed to the shaft 21, and a stator 3 arranged so as to surround the rotor core 22.
  • the stator 3 includes a cylindrical stator core 31 and a coil 32 wound in a slot (not shown) of the stator core 31.
  • the rotor 2 and the stator 3 are housed in the frame 4.
  • the shaft 21 of the rotor 2 is rotatably supported by bearings 9 attached to both ends of the frame 4 in the axial direction.
  • the portion extending in the axial direction from the axial end face of the stator core 31 is referred to as the coil end portion 32e.
  • the space in which the axial end faces of the frame 4 and the stator core 31 surround the coil end portion 32e is referred to as an end housing portion 41.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the rotary electric machine 100 in which one end in the axial direction is cut perpendicular to the axial direction A.
  • the cut portion is a portion where the coil end portion 32e exists.
  • the cooler 6 is a device that circulates in the rotary electric machine 100 and cools the cooling gas that cools the rotor 2 and the stator 3 by exchanging heat with the outside of the rotary electric machine 100.
  • the end housing portion 41 is partitioned by a partition plate 7 into a first space k1 on the side where the cooler 6 exists and a second space k2 on the side where the coil end portion 32e of the stator 3 exists. That is, the first space k1 and the second space k2 are surrounded by the partition plate 7 and the frame 4, respectively.
  • the partition plate 7 has a first partition wall 7a extending in the radial direction and a second partition wall 7b extending in the circumferential direction.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a main part of the first partition wall 7a as viewed from the circumferential direction B shown in FIG.
  • the suction port 7ah shown in FIG. 3 is opened in the circumferential direction B. The cooling gas in the second space k2 is sucked into the first space k1 through the suction port 7ah.
  • FIG. 4 is a front schematic view of the shield plates 8a, 8b, 8c of the rotary electric machine 100 as viewed in the radial direction C shown in FIG.
  • the first partition wall 7a is connected radially inward from the suction port 7ah and is arranged in a predetermined range along the circumferential direction B of the frame 4.
  • the shield plates 8a, 8b, and 8c are provided.
  • the shield plates 8a to 8c are magnetically conductive metal plates.
  • the shield plates 8a to 8c play a role of reducing the heat generation of the frame due to the leakage magnetic flux from the coil end portion 32e due to the heat generation of the shield plates 8a to 8c.
  • the number of divisions of the shield plates 8a to 8c is not limited.
  • the shield plates 8a to 8c are attached to the stays 7as, 4as, 4bs, and 4cs attached to the surface of the first partition wall 7a on the second space k2 side and the inner peripheral surface of the frame 4 using screws N. There is.
  • FIG. 5 is a view of the stay 4cs in the ventilation path D direction of FIG.
  • the stay 4cs three ventilation ports 4csh arranged in the axial direction A are opened in the circumferential direction.
  • the stays 4as and 4bs are also provided with similar ventilation openings.
  • the pressure of the cooling gas in the second space k2 is ⁇ and the pressure of the cooling gas in the first space k1 is ⁇
  • the pressure of the cooling gas is adjusted so that ⁇ > ⁇ .
  • the cooling gas in the second space k2 passes from the ventilation port 4csh through the ventilation path D formed between the shield plates 8a to 8c and the frame 4, and the suction port 7ah provided in the first partition wall 7a. Is sucked into the first space k1 side and cooled by the cooler 6.
  • the shield plates 8a to 8c are hot as described above, but are forcibly cooled by the cooling gas passing through the ventilation path D.
  • the cooling gas that has been heat-exchanged with the outside of the machine by the cooler 6 circulates inside the rotary electric machine 100 again, takes heat from the stator 3 and the rotor 2, and cools them.
  • the rotary electric machine A rotor with a columnar rotor core that generates a magnetic field fixed to the shaft, A stator arranged so as to surround the rotor core, and a stator composed of a stator core and a coil wound in a slot of the stator core.
  • a rotary electric machine including a frame for accommodating the stator and the rotor.
  • the end housing portion is partitioned by a partition plate into a first space on the side where the cooler that cools the cooling gas circulating in the rotary electric machine exists and a second space on the side where the coil end portion exists.
  • the partition plate has a suction port that opens in the circumferential direction at the outer end in the radial direction.
  • a shield plate made of a magnetically conductive metal plate connected to the inside of the partition plate in the radial direction with respect to the suction port and arranged along the circumferential direction of the frame is provided.
  • a ventilation path communicating with the suction port is formed between the shield plate and the frame.
  • the shield plate is forcibly cooled by forming a ventilation path that communicates with the suction port of the refrigerant to the cooling device between the shield plate and the frame, and the rotating electric machine that has a high cooling effect on the frame and can be miniaturized. Can be provided.
  • the rotary electric machine according to the first embodiment is The shield plate is attached to the frame by a stay and The stay is provided with a ventilation port that opens in the circumferential direction. As a result, the ventilation path can be secured while the shield plate is securely fixed to the frame.

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Abstract

回転電機（１００）の端部ハウジング部（４１）は、仕切板（７）により、冷却する冷却器（６）の存在する側の第一空間（ｋ１）と、コイルエンド部（３２ｅ）が存在する側の第二空間（ｋ２）とに仕切られ、仕切板（７）は、径方向外側端部に、周方向に開口する吸入口（７ａｈ）を有し、仕切板（７）の、吸入口（７ａｈ）よりも径方向内側に接続され、フレーム（４）の周方向に沿って配設され、磁気的に良導性のある金属板からなるシールド板（８）を備え、シールド板（８）とフレーム（４）との間に、吸入口（７ａｈ）に連通する通風経路Ｄが形成されている。

Description

回転電機
　本願は、回転電機に関するものである。
　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、機械的損失により固定子巻線、固定子鉄心等の温度が上昇する。このような回転電機においては温度上昇部を冷却するため回転子に取り付けたファンによって回転電機機内の冷却ガスを循環させ、ガス冷却器によって冷却している。例えば、固定子巻線端部を覆う固定子枠及び軸受けブラケットの一つが磁性金属からなる回転電機において、該磁性金属からなる部分を良導性の金属板からなるシールド版にて内側から覆い、そのシールド板の内部に冷却媒体を通す冷却通路を設け、この冷却通路に冷却媒体を給排する配管を設け、ブラケットなどの加熱を防止したものがある（特許文献１参照）。
特開昭５９－３７８６４号公報（第１頁、第１図）
　上述のように、固定子巻線と近接する磁性金属は、漏洩磁束によって過熱されるため、例えば、特許文献１のブラケットでは、過熱防止のために、良導性の金属板からなるシールド板にて内側を覆っていた。しかし、近年の回転電機は、省スペース化、高出力化が求められており、フレームを小型化させる必要がある。しかし、フレームと固定子巻線が近接させるとフレームが過熱するため、更なるフレームの過熱防止対策が必要となる。
　本願は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、フレームと固定子巻線との間に設けたシールド板を強制冷却することにより、フレームの冷却効果の高い、小型化できる回転電機を提供することを目的とする。
　本願に開示される回転電機は、
シャフトに固着された磁界を発生する円柱状の回転子鉄心を有する回転子と、
前記回転子鉄心の周囲を取り囲むように配設され、固定子鉄心と、前記固定子鉄心のスロットに巻回されたコイルとからなる固定子と、
前記固定子と前記回転子とを収納するフレームと、からなる回転電機であって、
前記コイルが前記固定子鉄心から軸方向に延出しているコイルエンド部を、前記フレームと前記固定子鉄心の軸方向端面とが包囲している空間を端部ハウジング部と定義するとき、
前記端部ハウジング部は、仕切板によって、前記回転電機内を循環する冷却ガスを冷却する冷却器の存在する側の第一空間と、前記コイルエンド部が存在する側の第二空間とに仕切られ、
前記仕切板は、径方向外側端部に、周方向に開口する吸入口を有し、
前記仕切板の前記吸入口よりも径方向内側に接続され、前記フレームの周方向に沿って配設され、磁気的に良導性のある金属板からなるシールド板を備え、
前記シールド板と、前記フレームとの間に、前記吸入口に連通する通風経路が形成されているものである。
　本願に開示される回転電機によれば、フレームと固定子巻線との間に設けたシールド板を強制冷却することにより、フレームの冷却効果の高い、小型化できる回転電機を提供できる。
実施の形態１による回転電機の断面図である。 実施の形態１による回転電機の軸方向の一端部を軸方向に垂直に切断した要部断面図である。 実施の形態１による第一隔壁を、図２に示す周方向から見た要部拡大図である。 実施の形態１によるシールド板を、回転電機の機内側から径方向に見た正面模式図である。 実施の形態１によるステイを、図２の通風経路方向に見た図である。
実施の形態１．
　以下、実施の形態１による回転電機を、図を用いて説明する。
図１は、実施の形態１による回転電機１００の断面図である。
回転電機１００は、シャフト２１に固着された磁界を発生する円柱状の回転子鉄心２２を有する回転子２と、回転子鉄心２２の周囲を取り囲むように配設された固定子３とを有する。
　固定子３は、円筒状の固定子鉄心３１と、固定子鉄心３１の図示しないスロットに巻回されたコイル３２とを備える。そして回転子２及び固定子３は、フレーム４に収納されている。回転子２のシャフト２１は、フレーム４の軸方向の両端に取り付けたベアリング９によって、回転可能に軸支されている。
　コイル３２のうち、固定子鉄心３１の軸方向端面から軸方向に延出している部分をコイルエンド部３２ｅという。また、フレーム４と固定子鉄心３１の軸方向端面が、コイルエンド部３２ｅを包囲している空間を端部ハウジング部４１という。
　図２は、回転電機１００の軸方向の一端部を軸方向Ａに垂直に切断した要部断面図である。切断部は、コイルエンド部３２ｅの存在する部分である。冷却器６は、回転電機１００内を循環し、回転子２、固定子３を冷却する冷却ガスを、回転電機１００の機外との熱交換によって冷却する装置である。
　端部ハウジング部４１は、仕切板７によって、冷却器６の存在する側の第一空間ｋ１と、固定子３のコイルエンド部３２ｅが存在する側の第二空間ｋ２とに仕切られている。すなわち、第一空間ｋ１と第二空間ｋ２とは、それぞれ仕切板７とフレーム４によって囲まれている。
　仕切板７は、径方向に延びる第一隔壁７ａと、周方向に延びる第二隔壁７ｂとを有する。
図３は、第一隔壁７ａを、図２に示す周方向Ｂから見た要部拡大図である。
第一隔壁７ａの、図２に示す回転電機１００の径方向Ｃの外側端部には、図３に示す吸入口７ａｈが、周方向Ｂに開口している。この吸入口７ａｈを通って、第二空間ｋ２の冷却ガスが、第一空間ｋ１に吸入される。
　図４は、回転電機１００のシールド板８ａ、８ｂ、８ｃを、図２に示す径方向Ｃに見た正面模式図である。吸入口７ａｈがある部分の第二空間ｋ２側には、第一隔壁７ａの吸入口７ａｈよりも径方向内側に接続され、フレーム４の周方向Ｂに沿って予め定められた範囲に配設されたシールド板８ａ、８ｂ、８ｃを設けている。シールド板８ａ～８ｃは磁気的に良導性のある金属板である。シールド板８ａ～８ｃは、コイルエンド部３２ｅからの漏洩磁束によるフレームの発熱を、当該シールド板８ａ～８ｃの発熱によって低減させる役割を担う。シールド板８ａ～８ｃの分割数は限定しない。
　シールド板８ａ～８ｃは、第一隔壁７ａの第二空間ｋ２側の面、及び、フレーム４の内周面に取り付けられた、ステイ７ａｓ、４ａｓ、４ｂｓ、４ｃｓにネジＮを用いて取り付けられている。
　図５は、ステイ４ｃｓを、図２の通風経路Ｄ方向に見た図である。
ステイ４ｃｓには、軸方向Ａに並んだ３個の通風口４ｃｓｈが、周方向に開口している。ステイ４ａｓ、４ｂｓにも同様の通風口が設けられている。
　そして、シールド板８ａ～８ｃと、フレーム４との間に、図２及び図４に示す、上述の吸入口７ａｈに連通する通風経路Ｄが形成される。
　次に、上記のように構成された、吸入口７ａｈ、通風口４ｃｓｈ等の作用について説明する。回転電機１００が運転されると、回転子２の回転に伴って、シャフト２１の端部に取り付けられたファン５が回転し、回転電機１００の機内に封入された空気、水素等の冷却ガスが、発熱源である回転子２と固定子３との間のエアギャップ、それぞれの鉄心の積層間に設けられた図示しない通風路を巡って循環する。
　ところで、第二空間内ｋ２内の冷却ガスの圧力をα、第一空間ｋ１内の冷却ガスの圧力をβとすると、α＞βとなるように、冷却ガスの圧力を調整する。これにより、第二空間ｋ２内の冷却ガスは、通風口４ｃｓｈから、シールド板８ａ～８ｃとフレーム４との間に形成された通風経路Ｄを通り、第一隔壁７ａに設けられた吸入口７ａｈから、第一空間ｋ１側に吸入され、冷却器６によって冷却させる。
　このとき、シールド板８ａ～８ｃは、上述のように高熱になっているが、通風経路Ｄを通る冷却ガスによって、強制冷却される。冷却器６によって機外と熱交換され、冷却された冷却ガスは、再び、回転電機１００の内部を循環し、固定子３および回転子２から熱を奪って、これらを冷却する。
　実施の形態１による、回転電機は、
シャフトに固着された磁界を発生する円柱状の回転子鉄心を有する回転子と、
前記回転子鉄心の周囲を取り囲むように配設され、固定子鉄心と、前記固定子鉄心のスロットに巻回されたコイルとからなる固定子と、
前記固定子と前記回転子とを収納するフレームと、からなる回転電機であって、
前記コイルが前記固定子鉄心から軸方向に延出しているコイルエンド部を、前記フレームと前記固定子鉄心の軸方向端面とが包囲している空間を端部ハウジング部と定義するとき、
前記端部ハウジング部は、仕切板によって、前記回転電機内を循環する冷却ガスを冷却する冷却器の存在する側の第一空間と、前記コイルエンド部が存在する側の第二空間とに仕切られ、
前記仕切板は、径方向外側端部に、周方向に開口する吸入口を有し、
前記仕切板の前記吸入口よりも径方向内側に接続され、前記フレームの周方向に沿って配設され、磁気的に良導性のある金属板からなるシールド板を備え、
前記シールド板と、前記フレームとの間に、前記吸入口に連通する通風経路が形成されている。
　これにより、シールド板とフレームとの間に、冷却装置への冷媒の吸入口に連通する通風経路を形成することによって、シールド板を強制冷却し、フレームの冷却効果の高い、小型化できる回転電機を提供できる。
　また、実施の形態１による、回転電機は、
前記シールド板は、ステイによって前記フレームに取り付けられ、
前記ステイは、周方向に開口する通風口を備えるものである。
これにより、シールド板を確実にフレームに固定しつつ、通風経路を確保できる。
　本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
　従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。
　１００　回転電機、２　回転子、２１　シャフト、２２　回転子鉄心、３　固定子、３１　固定子鉄心、３２　コイル、３２ｅ　コイルエンド部、４　フレーム、４１　端部ハウジング部、４ａｓ，４ｂｓ，４ｃｓ，７ａｓ　ステイ、４ｃｓｈ　通風口、５　ファン、６　冷却器、７　仕切板、７ａ　第一隔壁、７ｂ　第二隔壁、７ａｈ　吸入口、８ａ～８ｃ　シールド板、９　ベアリング、Ａ　軸方向、Ｂ　周方向、Ｃ　径方向、Ｄ　通風経路、Ｎ　ネジ、ｋ１　第一空間、ｋ２　第二空間。

Claims (2)

  1. シャフトに固着された磁界を発生する円柱状の回転子鉄心を有する回転子と、
    前記回転子鉄心の周囲を取り囲むように配設され、固定子鉄心と、前記固定子鉄心のスロットに巻回されたコイルとからなる固定子と、
    前記固定子と前記回転子とを収納するフレームと、からなる回転電機であって、
    前記コイルが前記固定子鉄心から軸方向に延出しているコイルエンド部を、前記フレームと前記固定子鉄心の軸方向端面とが包囲している空間を端部ハウジング部と定義するとき、
    前記端部ハウジング部は、仕切板によって、前記回転電機内を循環する冷却ガスを冷却する冷却器の存在する側の第一空間と、前記コイルエンド部が存在する側の第二空間とに仕切られ、
    前記仕切板は、径方向外側端部に、周方向に開口する吸入口を有し、
    前記仕切板の前記吸入口よりも径方向内側に接続され、前記フレームの周方向に沿って配設され、磁気的に良導性のある金属板からなるシールド板を備え、
    前記シールド板と、前記フレームとの間に、前記吸入口に連通する通風経路が形成されている回転電機。
  2. 前記シールド板は、ステイによって前記フレームに取り付けられ、
    前記ステイは、周方向に開口する通風口を備える請求項１に記載の回転電機。
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