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発明の名称 回転電機
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−89255(P2007−89255A)
公開日 平成19年4月5日(2007.4.5)
出願番号 特願2005−272007(P2005−272007)
出願日 平成17年9月20日(2005.9.20)
代理人 【識別番号】100094916
【弁理士】
【氏名又は名称】村上 啓吾
発明者 青木 寛英 / 河瀬 千春 / 古賀 清訓
要約 課題
回転電機の冷却ガス循環用冷却ファンを軸方向前後の長さが短くなるように構成して回転軸の長さを短縮し、回転電機の小型化を図る。

解決手段
回転電機の構成は、冷却ガスが封入されたケーシング内の固定子および回転子の端部に端部ガス空間を形成する端部ガス空間形成手段を配置し、冷却ガス循環手段は、端部ガス空間仕切手段の軸受側に配置し、冷却ガスを軸心部から吸気し、径方向外周部に送出する回転軸に装着された遠心ファンと、この遠心ファンの周囲を囲い、端部ガス空間仕切手段の位置に配置されたガス風洞とで遠心送風機を構成し、主ガス冷却器は、端部ガス仕切手段の外周端部に配置して、遠心送風機から送出される冷却ガスを通過させて冷却して端部ガス空間に送出する主ガス冷却器とを備えた構成とした。
特許請求の範囲
【請求項1】
冷却ガスが封入されたケーシング内に配設され、軸方向に所定の間隔で冷却ガスが外周方向へ通過する冷却ガス通路が設けられた固定子鉄心および固定子コイルからなる固定子と、該固定子の内周側に空隙を介して配置され、回転軸、該回転軸に装着され回転子磁極を形成する回転子鉄心、該回転子鉄心を励磁する回転子コイルからなり、上記回転軸の両端部が回転自在に支持された回転子と、上記固定子端部に端部ガス空間を形成する端部ガス空間仕切手段と、上記端部ガス空間仕切手段の上記回転軸端側の位置で回転軸に装着され、冷却ガスを軸心側から吸気し、外周部に送出する遠心ファンと、該遠心ファンの周囲を囲い、上記端部ガス空間仕切手段の上記軸受側に配置されたガス風洞とからなる遠心送風機と、上記端部ガス空間仕切手段の回転軸軸端側の外周に配置され、上記遠心送風機から送出される冷却ガスを通過させて冷却し、上記端部ガス空間に送出する主ガス冷却器とを備えたことを特徴とする回転電機。
【請求項2】
上記固定子外周部を囲い固定子外周部に外周部ガス空間を形成する固定子外周部ガス風洞を備え、該固定子外周部ガス風洞に補助ガス冷却器を設けたことを特徴とする請求項1記載の回転電機。
【請求項3】
上記遠心送風機のガス風洞は、冷却ガスが上記固定子の周方向に、少なくとも2方向に送出する冷却ガス送出口を備え、該複数の冷却ガス送出口にそれぞれ上記主ガス冷却器を接続し、該冷却ガス冷却器から送出される冷却ガスは上記端部ガス空間に少なくとも2方向から流入するように接続されていることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の回転電機。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
この発明は、冷却ガスが封入されたケーシング内に固定子および回転子が収容され、ケーシング内部にガス冷却器を備えたタービン発電機等の回転電機に関するものである。
【背景技術】
【0002】
冷却ガスが封入されたケーシング内に固定子および回転子が収容され、ケーシング内にガス冷却器を備えた回転電機が、例えば特許文献1に開示されている。
特許文献1に開示された回転電機は、特許文献1の図1に示されているように、冷却ガスを封入したケーシング内に固定子、回転子が配設され、固定子は、鉄心部分の軸方向に適正間隔で外周方向に冷却ガスが通過する複数の冷却通路を備え、固定子の内周側にガス空隙を介して回転可能に支持された回転子が配置され、この回転子の軸端側にファンを備え、軸端部で軸受により回転自在に支持されている。固定子の軸方向端部および回転子の軸方向端部には、冷却ガスが流入するガス空間を形成する内側防風板を配置し、内側防風板とケーシングとの間に外側防風板を配置し、ファンから送出された冷却ガスを冷却器に導く第1の通風路と、固定子を冷却した冷却ガスをファンに導く第4の通風路を形成し、冷却器を出た冷却ガスを固定子鉄心の半径方向冷却通路に導く第2の通風路形成手段と、冷却ガスを固定子鉄心の端部に導く第3の通風路形成手段を備えた構成が示され、ガス冷却器は固定子の外周端部の冷却ガス通路に配置されている。
【0003】
このように構成された回転電機では、ファンによって動圧を与えられた冷却ガスがベアリングブラケットおよび内側油切りのある方向に吹き出し、第1の通風路を通ってガス冷却器に至り、ガス冷却器で冷却された冷却ガスが固定子鉄心部の吸気セクションと、固定子鉄心端部と内側防風板とで囲われたセクションに分かれて流入し、固定子鉄心部の吸気セクションに流入した冷却ガスは、固定子鉄心の吸気セクションの通風ダクトを通過し、風導を通って内側防風板と外側防風板に囲われた第4の通風路を通りファンに至る。
固定子鉄心の端部と内側防風板とで囲まれたセクションに流入した冷却ガスは、一部は回転子に流入して回転子を冷却して固定子鉄心の排気セクションに合流し、他は固定子鉄心部を冷却した後、固定子鉄心の排気セクションに合流するように循環する。
【0004】
このように構成された従来の回転電機は、固定子鉄心中央部および固定子鉄心端部を冷却した冷却ガスは、ファンを通過した後にガス冷却器を通過し、ガス冷却器により冷却された冷却ガスが直接固定子鉄心側に送られるので、従来のようにファンのロスによる加熱が回避されるものである。また、ファンと軸受けの内側油切りの間のセクションがファンの流出側で正圧となっており、従来のようにベアリング室の油を機内に引き込むことがなくなるというものである。
【0005】
【特許文献1】特開平06−261500号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記のように構成された特許文献1の回転電機は、ガス冷却器を通った冷却ガスが、直接固定子鉄心側に送られ、ファンのロスによる加熱が回避される構成であり、ファンと軸受けの内側油切りの間のセクションがファンの流出側で正圧となっており、ベアリング室の油を機内に引き込むことがなくなるという特徴を有するものである。
しかし、特許文献1の構成は、冷却ガスを軸方向に送出する冷却ファンを使用しているために、冷却ファンの軸方向の前後に大きなスペースを必要とし、回転軸の長さが長くなり回転電機の寸法が大きくなる問題点があった。
【0007】
この発明は、回転電機の冷却ガス循環用冷却ファンを軸方向の前後にスペースを必要としない構成として回転軸の長さを短縮し、回転電機の小型化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この発明に係る回転電機は、冷却ガスが封入されたケーシング内に配設され、軸方向に所定の間隔で冷却ガスが外周方向に通過する冷却ガス通路が設けられた固定子鉄心および固定子コイルからなる固定子と、この固定子の内周側に空隙を介して配置され、回転軸、回転軸に装着され回転子磁極を形成する回転子鉄心、回転子鉄心を励磁する回転子コイルからなり、回転軸の両端部が回転自在に支持された回転子と、固定子端部に端部ガス空間を形成する端部ガス空間仕切手段と、端部ガス空間仕切手段の回転軸端側の位置で回転軸に装着され、冷却ガスを軸心側から吸気し、外周部に送出する遠心ファンと、この遠心ファンの周囲を囲い、端部ガス空間仕切手段の軸受側に配置されたガス風洞とからなる遠心送風機と、端部ガス空間仕切手段の回転軸軸端側の外周に配置され、遠心送風機から送出される冷却ガスを通過させて冷却して端部ガス空間に送出する主ガス冷却器とを備えたものである。
【発明の効果】
【0009】
このように冷却ガスを遠心送風機により循環する構成にしたことにより、遠心送風機の軸方向前後に設ける空間が短くなり、従来の軸方向に流出する冷却ファンを使用した場合よりも回転軸が短くなり、回転電機の小型化が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
実施の形態1.
実施の形態1の回転電機の構成を図1に示す。図1は回転電機の回転軸中心より上部を断面で示した半断面図である。
この回転電機は、固定子10と、固定子10の内径部に配置された回転子20と、固定子10の外周部を囲い冷却ガスを封入したケーシング25と、ケーシング25内に冷却ガスを循環させる遠心送風機30と、冷却ガスを冷却する冷却ガス冷却器35とで構成している。
【0011】
固定子10は、固定子鉄心11が軸方向に所定の間隔で冷却ガス通路11aを設けた状態に積層され、固定子鉄心11の内周部のスロットに固定子コイル12が挿入された構成である。
回転子20は、固定子10の内周部にガス間隙Bが確保できる外径に製作され、回転軸21と磁極を形成する回転子鉄心と回転子コイルが挿入された回転子鉄心部22とで構成し、回転子鉄心部22の内部には図示していないが冷却ガスの通路を設け、両端部で軸受23により回転自在に支持している。
固定子10の両端部には、端部ガス空間仕切手段15で囲い、端部ガス空間Cを形成している。
【0012】
回転軸21両端部の端部ガス空間仕切手段15の軸受側の位置に装着した遠心ファン31と、この遠心ファン31の周囲を囲い、端部ガス空間仕切手段15の軸受側に配置し、冷却ガスが外周方向に流出するガス風洞32とで遠心送風機30を構成し、回転子20が回転することにより、遠心ファン31が回転して冷却ガスに動圧を与える。
【0013】
循環する冷却ガスの冷却する主ガス冷却器35は、端部ガス空間仕切り手段15の外周部軸受23側に配置し、遠心送風機30のガス風洞32から送出される冷却ガスが固定子10の外周側から主ガス冷却器35に流入するように反転風洞36により接続している。
冷却ガスは、主ガス冷却器35に冷却水等の冷却媒体を循環させることにより熱交換されて冷却される。
【0014】
回転電機内に封入されている冷却ガスは、回転子20が回転することで遠心送風機30によって軸心側から外周方向に送出され、ガス風洞内ガス通路Aから反転風洞36の反転空間Bで反転して主ガス冷却器35に送られ、端部ガス空間Cに送出され、回転子20の冷却通路と、固定子10内径部と回転子20の外径部との間のガス空隙Dとに流入し、固定子10の冷却ガス通路11aを通過して固定子外周空間Eに送出され、固定子外周部空間Eで両端側に分かれて冷却ガス帰還通路Fを通り、遠心送風機30の軸心側に帰還する循環経路で循環する。
【0015】
回連電機をこのように構成したことにより、冷却ガスを循環させる遠心送風機30は、冷却ガスが軸心側から吸気して外周方向に送出し、ガス風洞32から主ガス冷却器35に流入し、遠心送風機30の軸方向には空間を必要としないので、回転子11の軸方向長さを短くすることができる。
【0016】
実施の形態2.
実施の形態1では、冷却ガスを冷却する主ガス冷却器35を端部ガス空間形成手段15の軸受13側外周部に配置した構成としたが、実施の形態2は、実施の形態1の固定子10の外周部にも補助冷却器42を設けたものである。
実施の形態2の構成図を図2に示す。図2は図1と同様に回転電機の回転軸中心より上部を断面で示した半断面図である。
【0017】
図2において、固定子10は、固定子鉄心11が所定の間隔で冷却ガス通路11aを設けた状態に積層し、固定子鉄心11の内周部に設けられたスロットに固定子コイル12が挿入された構成である。回転子20は、固定子10の内周部にガス間隙Bが確保できる外径で、回転軸21と磁極を形成する回転子鉄心11と固定子コイル12が挿入された固定子鉄心部22とで構成し、回転子鉄心部22の内部には冷却ガスの通路が設けられ、両端部で軸受13により回転自在に支持された構成である。固定子10の両端部を端部ガス空間仕切手段15で囲い、端部ガス空間Aを形成した構成、回転軸21両端部の端部ガス空間仕切手段15の軸受23側の位置に装着した遠心ファン31と、この遠心ファン31の周囲を囲い、端部ガス空間仕切手段25の軸受側に配置したガス風洞32とで遠心送風機30を構成した点は実施の形態1の図1と同一である。
図1とは、固定子10外周部に冷却ガス集合筒41を設け、この部分に補助ガス冷却器42を付加した点が相違している。
【0018】
このように固定子20の外周部に補助ガス冷却器42を付加すると、冷却性能が向上し、必要な冷却容量が主ガス冷却器35と補助ガス冷却器42に分担させることで主ガス冷却器35の寸法が小さくなり、ケーシング25の外径を小さくすることが可能となる。従って実施の形態1に比較してケーシング25の外径が小さくなり、回転電機の寸法がさらに小型化できる。
【0019】
実施の形態3.
実施の形態1および実施の形態2では、冷却ガスを循環させる遠心送風機30の通風ダクト32は1方向の場合について示したが、冷却された冷却ガスの固定子10と回転子のガス空隙Dへ流入する循環経路が一経路のみであると、固定子10の冷却ガス通路11aへの冷却ガス流量の偏りがあり、冷却効率があまりよくない。
【0020】
実施の形態3は、固定子10と回転子20の間のガス間隙Dに流入する冷却ガスの流入量を均一化にするように、遠心送風機30から送出する冷却ガスが少なくとも2方向に送出されるガス風洞とし、固定子10と回転子20の間のガス間隙へは複数の方向から流入するように構成したものである。
【0021】
図3に冷却ガスを例えば3方向に送出する構成とした場合の遠心送風機の正面図を図3に示す。この遠心送風機50は、回転軸21に装着された遠心ファン51と、遠心ファン51の周囲を囲い3方に冷却ガスを送出する冷却ガス送出風洞52を備え、図1に示した端部空間仕切手段15の軸受13側に配置したガス風洞52とからなり、冷却ガス送出風洞52の各冷却ガス送出口をそれぞれ主ガス冷却器35に接続している。
回転電機の構成は実施の形態1の図1および実施の形態2の図2の構成と同一である。
【0022】
このように冷却ガスを複数の方向に送出する遠心送風機50を使用すると、回転電機の固定子10の内径と回転子20の外径との間のガス間隙Dには少なくとも2方向から流入するので、冷却ガスは、固定子10と回転子20の間のガス間隙Dから固定子10の冷却ガス通路11aにほぼ均一な流量で流入させることができ固定子10内部がほぼ均一に冷却される。
図3の構成は冷却ガスの送出方向が2方向または4方向としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】実施の形態1の回転電機の構成を示す半断面図である。
【図2】実施の形態2の回転電機の構成を示す半断面図である。
【図3】冷却ガスを循環させる遠心送風機の正面図である。
【符号の説明】
【0024】
10 固定子、11 固定子鉄心、11a 冷却ガス通路、12 固定子コイル、
15 端部ガス空間仕切手段、20 回転軸、22 回転子鉄心部、23 軸受、
25 ケーシング、30 遠心送風機、31 遠心ファン、32 ガス風洞、
35 主ガス冷却器、36 反転風洞、41 ガス集合筒、42 補助ガス冷却器、
50 遠心送風機、51 遠心ファン、52 ガス風洞。




 

 


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