JP2000308311A

JP2000308311A - 回転電機

Info

Publication number: JP2000308311A
Application number: JP11106221A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Kaiho; 真行海保; Hideaki Mori; 英明森; Shigekazu Kieda; 茂和木枝; Tadashi Sonobe; 正園部; Ryoichi Shiobara; 亮一塩原; Akiomi Senba; 章臣仙波; Kenichi Hattori; 憲一服部; Yoshiki Abe; 与史樹阿部
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-04-14
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 2000-11-02
Also published as: DE10018642C2; US6359350B1; DE10018642A1

Abstract

(57)【要約】【課題】特に大容量機において、軸方向中央部への冷却
風量を確保し、回転子・固定子の軸方向温度分布を均一
化した回転電機を提供する。【解決手段】１つの機内ガス冷却器８を２つ以上の部分
流路に分け、各部分流路に相対する２方向の流れを形成
し、固定子２の半径方向外側に位置し隔壁１４により軸
方向に２つ以上に分けられた各部分領域と、機内ガス冷
却器８内の各部分流路とを接続する固定子−冷却器接続
流路１８を形成する。【効果】全体の通風抵抗を増大させずに、冷たいガスを
固定子の軸方向中央部に直接導くことができるため、特
に大容量機において問題となる固定子・回転子の軸方向
中央部の温度上昇を防ぐことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タービン発電機等
の回転電機に係り、特に、その冷却構造に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】密閉型回転電機の通風冷却においては、
通風流路内に冷却器を設置し、固定子・回転子を冷却し
暖まったガスを冷却器を通して冷却する構造となってい
る。その設置方法としては、特開平５−１６１３０７号
公報に記載されているように、冷却器を左右両側に左右
対称の位置に設置するのが一般的である。シングルフォ
ワード方式の場合、ガスは中央部から外側に向かって冷
却器を通り、ファンを通って昇圧され、回転子・固定子
を冷却して冷却器に戻るという流路を構成する。さらに
この広報に記載された冷却器の設置方法によれば、固定
子の上方から外れ、隔板を介して固定子コイルエンドと
も隔てられた位置に冷却器を設置している。このような
位置に冷却器を設置することにより、冷却器内の結露に
より生成された水が固定子または固定子コイルエンドに
落下するのを防ぐことができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】特開平５−１６１３０
７号公報に記載された従来技術には、以下の問題点があ
る。

【０００４】まず、特に大容量機の場合は軸方向温度分
布の均一化を図る必要がある。大容量機ではコイルの軸
方向長さを長くする必要があり、それに伴い回転子・固
定子の軸方向長さが長くなっている。そのため、特に軸
方向中央部に位置する通風冷却流路への冷却風量が不足
し軸方向中央部の温度が軸方向端部に比べて高くなって
しまうという問題がある。

【０００５】本発明の目的は、軸方向中央部の冷却流路
への冷却風量を確保し、軸方向温度分布を均一化した回
転電機を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、機内ガス冷
却器を有する回転電機において、１つの冷却器を２つ以
上の部分流路に分け、各部分流路に相対する２方向の流
れを形成し、固定子の半径方向外側に位置し隔壁により
軸方向に２つ以上に分けられた各部分領域と、冷却器内
の各部分流路とを接続する接続流路を形成することで達
成される。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施例を図１から
図４を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例を適
用した回転電機の構造及び冷却ガスの流れの説明図を示
したものである。

【０００８】回転軸の両側に設けられているファン４を
出たガスは、リテイニングリング５と固定子コイルエン
ド７とのすきまを通りエアギャップ３へ流れるものと、
リテイニングリング５に押さえられた回転子コイルエン
ド６と回転子１とのすきまに流れるものとに分かれる。
後者の流れは、回転子１の内部に冷却ガスを流すために
回転子１に開けられたサブスロット９とラジアルダクト
１０の中を通り、エアギャップ３内に流出し、前者の流
れと合流する。合流後は、固定子２を冷却しながら固定
子冷却流路１１を通り、隔壁１４で分けられた固定子２
の半径方向外側の部分領域である固定子第１セクション
１５と固定子第２セクション１６を通り、機内ガス冷却
器８の冷却器主部分流路１２へ流れる。

【０００９】回転子１・固定子２等を冷却して暖められ
たガスは、機内ガス冷却器８の冷却器主部分流路１２で
軸方向中央部から外側への流れを形成し冷却され、ファ
ン４へ戻る。また、ファン４からリテイニングリング５
と固定子コイルエンド７との隙間に向かった流れの一部
分は、エアギャップ３へ向かわずに、固定子コイルエン
ド７を通り抜け、固定子内部を通らずに機内ガス冷却器
８の冷却器補部分流路１３へと流れる。その後、機内ガ
ス冷却器８の冷却器補部分流路１３で軸方向外側から中
央部への流れを形成し冷却され、機内ガス冷却器８の冷
却器補部分流路１３と固定子第３セクション１７とを結
ぶ固定子−冷却器接続流路１８を通り、固定子第３セク
ション１７へ流れる。さらに、固定子冷却流路１１を半
径方向内向きに流れ、エアギャップ３に噴出し、回転子
１のラジアルダクト１０から噴出した流れと合流する。
その後、エアギャップ３内を軸方向中央部から外側へ流
れ、固定子冷却流路１１を半径方向外側へ流れ、固定子
第２セクション１６へ噴出する。

【００１０】機内ガス冷却器８の冷却器主部分流路１２
と冷却器補部分流路１３とは、互いの流れが混合しない
ように流路として分離した構造とした方が冷却効率は高
くなる。その分離方法を図２、図３を用いて説明する。
図２は本実施例における機内ガス冷却器８の内部を示す
構造図、図３は図２に示す仕切版２５の構造の一例を示
した図である。

【００１１】入口側の主冷却配管２６から機内ガス冷却
器８内に流れ込んだ冷却水は、入口側のヘッダ２２から
多数の補冷却配管２３に分かれて流れ、出口側のヘッダ
２２で集められ出口側の主冷却配管２６へと流出する。

【００１２】補冷却配管２３には薄板フィン２４が取り
付けられており、機内ガス冷却器８内を通るガスを冷却
する。機内ガス冷却器８の内部には、図３に示したよう
なくし歯状の仕切板２５が設けれている。機内ガス冷却
器８はこの仕切板２５により、上方の冷却器主部分流路
１２と下方の冷却器補部分流路１３とに分離されてい
る。冷却器主部分流路１２と冷却器補部分流路１３との
冷却効率を高めるには仕切板２５の表面に断熱材を貼り
付けてもよいし、仕切板２５そのものを断熱性の高い材
料で構成してもよい。

【００１３】図４に、機内ガス冷却器８の冷却器補部分
流路１３と固定子第３セクション１７とを結ぶ固定子−
冷却器接続流路１８の斜視図を示す。

【００１４】図のように、固定子−冷却器接続流路１８
の冷却器補部分流路１３との接続部分及び固定子第３セ
クション１７との接続部分のみを幅広にし、その他を細
い配管を用いて固定子−冷却器接続流路１８構成した。
これにより、固定子第１・２セクションからの上向きの
気流に対する抵抗を小さく押さえることができる。機内
ガスは隔壁１４で分けられた固定子２の半径方向外側の
部分領域である固定子第１セクション１５と固定子第２
セクション１６を通り、機内ガス冷却器８の冷却器主部
分流路１２へ流れる。固定子第１・２セクションからの
上向きの気流は、固定子２、回転子１等を冷却して温度
が高くなった後にこの領域を流れるため、機内ガス冷却
器８を出た直後の冷たいガスが流れる固定子−冷却器接
続流路１８には断熱材を巻くのが好ましい。以上の構成
とすることにより、軸方向中央部の冷却を効率良く行う
ことが可能になる。また、接続流路の設置による通風抵
抗の増大も小さく押さえられるため、全体的な冷却風量
も低下しない。

【００１５】次に、本発明の第２の実施例について図５
・図６を用いて説明する。図５に本発明の第２の実施例
による機内ガス冷却器近傍の斜視図を、図６に本発明の
第２の実施例による固定子−冷却器接続流路１８の斜視
図を示す。

【００１６】本実施例では、機内ガス冷却器８を横方向
に３つの部分流路に分け、中央に位置する部分流路を冷
却器主部分流路１２とし、両側に位置する２つの部分流
路を冷却器補部分流路１３としている。固定子コイルエ
ンド７を通り抜けたガスは、固定子内部を通らずに冷却
器入口隔壁２０で構成された流路を通り、機内ガス冷却
器８の冷却器補部分流路１３へと流れる。冷却器補部分
流路１３を出たガスは、接続流路隔壁１９で構成された
固定子−冷却器接続流路１８内を流れ、隔壁１４で区切
られた固定子第３セクション１７へと流れ込む。

【００１７】一方、隔壁１４で区切られた固定子第１セ
クション１５及び固定子第２セクション１６からの上向
きの気流は、接続流路隔壁１９の間の領域を通り、冷却
器主部分流路１２に流れ込む。冷却器主部分流路１２の
流れは、冷却器補部分流路１３内の流れと反対向きの流
れを形成して冷却器内で冷却され、冷却器主部分流路１
２を出てファン４の方に向かう。

【００１８】この構成により、固定子第１セクション１
５及び固定子第２セクション１６からの上向きの気流に
対して抵抗が非常に小さくなる。このため、全体の通風
抵抗を増大させずに、冷たいガスを固定子２の軸方向中
央部に導くことができる。なお、本実施例の場合、機内
ガス冷却器８を横方向に分離するため、機内ガス冷却器
８内の薄板フィン２４を図２の仕切板２５の代わりにで
きる。冷却効率を高めるためには仕切板の代わりとなる
薄板フィン２５の表面に断熱材を貼り付けるのが好まし
い。

【００１９】次に、本発明の第３の実施例について図７
・図８を用いて説明する。図７に本発明の第３の実施例
による機内ガス冷却器近傍の斜視図を、図８に本発明の
第３の実施例による固定子−冷却器接続流路１８の斜視
図を示す。

【００２０】本実施例では、機内ガス冷却器８を上下方
向に２つの部分流路に分け、下に位置する部分流路を冷
却器主部分流路１２とし、上に位置する部分流路を冷却
器補部分流路１３としている。ガスの流れについては第
２の実施例と同様で、このような構成により、固定子第
１セクション１５及び固定子第２セクション１６からの
上向きの気流に対して抵抗となるものがなくなるため、
全体の通風抵抗を増大させずに、冷たいガスを固定子２
の軸方向中央部に導くことができる。本実施例の場合、
機内ガス冷却器８の分離方向が第１の実施例と同様であ
るため、図２と同様の仕切板２５を所定の位置に設置す
る必要がある。

【００２１】次に、本発明の第４の実施例について図９
・図１０を用いて説明する。図９に本発明の第４の実施
例による機内ガス冷却器近傍の斜視図を、図１０に本発
明の第４の実施例による固定子−冷却器接続流路１８の
斜視図を示す。

【００２２】本実施例で第２の実施例と異なる点は、中
央に位置する部分流路を冷却器補部分流路１３とし、両
側に位置する２つの部分流路を冷却器主部分流路１２と
したことである。ガスの流れには、第２の実施例と同じ
である。この構成にすることよって、固定子第１セクシ
ョン１５及び固定子第２セクション１６からの上向きの
気流に対して抵抗を小さくできる。このため、全体の通
風抵抗を増大させずに、冷たいガスを固定子２の軸方向
中央部に導くことができる。本実施例の場合、機内ガス
冷却器８の分離方向が第２の実施例と同様であるため、
仕切板２５を設置する必要はない。

【００２３】以上の実施例では、機内ガス冷却器８が、
冷却水が水平方向に流れ薄板フィン２４が鉛直方向に設
置された構造としたが、本発明はそれに限られるもので
はなく、例えば冷却水が鉛直方向に流れ薄板フィン２４
が水平方向に設置された機内ガス冷却器８の場合にも適
用できる。その場合は、第２、第４の実施例において仕
切板２５が必要で、第１、第３の実施例において仕切板
２５が必要なくなる。

【００２４】図１１に本発明の固定子第１セクション１
５・第２セクション１６における風速分布を示す横断面
図を示す。図に示すように、下半分の固定子冷却流路１
１を出た冷却ガスは左右に分かれて上昇するため、固定
子第１セクション１５・固定子第２セクション１６にお
いては、中央部よりも両側の風速が大きい分布となる。
従って、固定子第１セクション１５・固定子第２セクシ
ョン１６からの上向きの気流に対する抵抗としては、本
発明の第３の実施例が最も小さいのは明らかであるが、
第２の実施例よりも第１・第４実施例の方が小さくなる
と考えられる。

【００２５】図１２に本発明の第５の実施例による回転
電機の構造及び冷却ガスの流れの説明図を示す。

【００２６】本実施例では、固定子２の外側の領域を固
定子第１セクション１５から固定子第４セクション２１
の７つの部分領域に分け、左右の冷却器補部分流路１３
と左右２つの固定子第３セクション１７をそれぞれ接続
するような構造となっている。大容量機で特に軸方向長
さが非常に長い場合には、本実施例のように、冷却器補
部分流路１３と固定子２の外側の複数の部分領域を接続
してもよい。

【００２７】なお、本発明の全ての実施例の固定子−冷
却器接続流路１８等において角部を持つ部分に丸みを持
たせることによって、接続流路内の通風抵抗を低減でき
るため、全体的な抵抗も低減でき、さらに冷却効率の高
い回転電機を実現することができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明の回転電機によれば、機内ガス冷
却器からの冷たいガスを固定子の軸方向中央部分へ直接
導くことができるため、軸方向温度分布を均一化でき、
信頼性の高い通風冷却機能を有する回転電機を実現する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による回転電機の構造及
び冷却ガスの流れの説明図。

【図２】本発明の第１の実施例による固定子−冷却器接
続流路の斜視図。

【図３】本発明の第１の実施例による機内ガス冷却器内
部の構造図。

【図４】本発明の第１の実施例による機内ガス冷却器内
に設置される仕切板の構造図。

【図５】本発明の第２の実施例による機内ガス冷却器近
傍の斜視図。

【図６】本発明の第２の実施例による固定子−冷却器接
続流路の斜視図。

【図７】本発明の第３の実施例による機内ガス冷却器近
傍の斜視図。

【図８】本発明の第３の実施例による固定子−冷却器接
続流路の斜視図。

【図９】本発明の第４の実施例による機内ガス冷却器近
傍の斜視図。

【図１０】本発明の第４の実施例による固定子−冷却器
接続流路の斜視図。

【図１１】本発明の固定子第１セクション・第２セクシ
ョンにおける風速分布を示す横断面図。

【図１２】本発明の第５の実施例による回転電機の構造
及び冷却ガスの流れの説明図。

【符号の説明】

１…回転子、２…固定子、３…エアギャップ、４…ファ
ン、５…リテイニングリング、６…回転子コイルエン
ド、７…固定子コイルエンド、８…機内ガス冷却器、９
…サブスロット、１０…ラジアルダクト、１１…固定子
冷却流路、１２…冷却器主部分流路、１３…冷却器補部
分流路、１４…隔壁、１５…固定子第１セクション、１
６…固定子第２セクション、１７…固定子第３セクショ
ン、１８…固定子−冷却器接続流路、１９…接続流路隔
壁、２０…冷却器入口隔壁、２１…固定子第４セクショ
ン、２２…ヘッダ、２３…補冷却配管、２４…薄板フィ
ン、２５…仕切板、２６…主冷却配管。

フロントページの続き (72)発明者木枝茂和茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者園部正茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者塩原亮一茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者仙波章臣茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者服部憲一茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者阿部与史樹茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内Ｆターム(参考） 5H002 AA10 AD01 AD02 AD03 AD06 AD07 AE08 5H609 BB03 BB12 BB19 PP02 PP06 PP07 PP08 PP09 QQ03 QQ10 QQ16 RR03 RR32 RR33 RR42 RR43 RR53 RR54 RR69 RR73

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機内ガス冷却器を有する回転電機におい
て、１つの冷却器に２つ以上の部分流路を設け、前記各
部分流路に相対する２方向の流れを形成する構成とした
ことを特徴とする回転電機。
【請求項２】請求項１に記載の回転電機において、固定
子の半径方向外側に位置し隔壁により軸方向に２つ以上
に分けられた各部分領域と、冷却器内の各部分流路とを
接続する接続流路を形成したことを特徴とする回転電
機。