JP5724301B2 - 発電機の冷却構造 - Google Patents
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Description
この特許文献1では、回転電機のハウジング(ブラケット及びフレーム)内のうち、固定子及び回転子よりも通風方向の上流側に仕切板を設けることにより、固定子側通風路と回転子側通風路に区画し、個別に設置した2つの送風機により、各通風路に送風空気を個別に流通させるようにしている。これにより、ステータやロータ、更にはステータとロータとの間のギャップに空気を流し冷却を行っている。
この特許文献2では、回転電機の外部から取り込んだ空気を中空軸の一端から供給して中空軸の内部を流通させ、固定子鉄心及び回転子鉄心の一端面側に向けて中空軸の内部から外部に向けて空気を流通させ、固定子鉄心に軸方向に形成した鉄心通風孔や、固定子鉄心と回転子鉄心との間のギャップに空気を流通させて冷却をし、固定子鉄心及び回転鉄心の他端面側から中空軸の内部に空気を流通させ、中空軸の他端から排気するようにしている。
特許文献3では、回転軸の外周面に円筒状の第2筒体部を設け、第2筒体部の外周側に間隔をあけて第1筒体部を配置し、第1筒体部と第2筒体部を連結し、更に、第2筒体部の内周側は一端側から他端側に向かって直径を縮小するように傾斜が施されている構造となっている。このため、回転軸の回転に伴い第1筒体部が回転すると、第1筒体部の内周面に空気の渦が発生し、この渦の遠心力により空気がハウジング内にて循環流通し、これにより冷却をするようにしている。
図7に示すように、風力発電設備では、タワー1の頂部にナセル2が設置されており、羽根3とナセル2との間に、風力発電用の発電機100が配置されている。発電機100は、羽根3から回転力を受けて回転駆動し発電を行う。
図7に示すタイプの風力発電設備では、発電機100のハウジング(フレーム及びブラケット)の外周面が、直接、外気に接触するようになっている。したがって、ハウジングの外周面やこの外周面に形成したフィン(図示省略)等により、外部からの冷却が行われる。
本例ではブラケット122側に羽根3(図7参照)が位置し、ブラケット123側にナセル2(図7参照)が位置する状態で、発電機100が配置される。このため外気は矢印αのように流れる。
ロータ支持板131には、このロータ支持板131を軸方向に貫通する複数の空気流通孔133が形成されている。
なお、回転伝達機構135は、軸受136を介してサポートコーン110に対して回転自在に支持されている。また回転伝達機構135の外周面とフレーム122の内周面との間には、ラビリンスシール137が形成されている。
ステータ140のステータコア141には、固定子コイル142が配置されている。ステータコア141には、軸方向に貫通する冷却用の通風孔143が形成されている。
この供給ダクトを介して、タワー1やナセル2内の空気、つまり、外気とは隔絶された空気が、供給ダクトを介して供給口111に供給されて、供給口111からハウジング120内の空間に送り出される。
ハウジング120内の空気は、排気口112から吸い込まれて、排気ダクトを介して、タワー1やナセル2の内部空間に送られる。
空気冷却をして温度上昇した空気a4は、排気口112から吸い込まれて、タワー1やナセル2内に排気される。
外気とは隔絶された空気を用いて空気冷却しているため、モータ120を沿岸部(海岸部)に設置したとしても、潮風が発電機100の内部に浸入することはなく、塩害を受けることはない。
しかし、風力発電機などは沿岸部(海岸部)に設置されることが多いため、潮風による腐食の対策が必要であり、外部の空気を内部に取り込むことは避けたい。
また特許文献1に示す構造では、軸方向の一端側に冷却用空気の取り込みのための空間が必要であると共に、軸方向の他端側に冷却用空気の排出のための空間が必要であるため、軸方向の長さが長くなり、回転電機の軸方向の長さが長くなるという問題があった。
このため、ロータ130とステータ140との間のギャップや、ステータ140に形成した冷却用の通風孔143に効率的に冷却用の空気を流すことができず、冷却効率が低かった。
中空のサポートコーンと、
円筒状に形成されており、前記サポートコーンに対して同心状で径方向外周側に配置されたロータと、
フレームとブラケットから構成されており、前記ロータを取り囲む状態で、前記サポートコーンの外周面に固定設置されたハウジングと、
前記フレームの内周面に配置されて、前記ロータと対向するステータと、
内周側は軸受を介して前記サポートコーンにより回転自在に支持されると共に、外周側が前記ロータの内周面に固定され、更に、軸方向に貫通する複数の空気流通孔が形成されたロータ支持板と、
前記サポートコーンに開口して形成されており、前記サポートコーンの内部空間を介して供給されてくる、外気とは隔絶された空気を、前記ハウジング内の空間に送り出す供給口と、
前記サポートコーンに開口して形成されており、前記ハウジング内の空気を吸い込む排気口と、
を有する発電機において、
前記供給口と前記排気口は、前記サポートコーンの周方向に沿いずれた位置に形成されており、
空間を介して前記供給口を覆うと共に、前記ブラケットのうち一方のブラケット側に吹出口を形成した覆い部材と、
前記サポートコーンの外周面と前記ロータの内周面との間の空間を、前記覆い部材で囲まれると共に前記供給口が臨む空間と、前記排気口が臨む残りの空間とに区画する区画部材と、
を備えたことを特徴とする。
なお供給口211及び排気口212は、周方向に沿い例えば90°開口している。
本例ではブラケット222側に羽根(図7参照)が位置し、ブラケット223側にナセル(図7参照)が位置する状態で、発電機200が配置される。このため外気は矢印αのように流れる。
ロータ支持板231には、このロータ支持板231を軸方向に貫通する複数の空気流通孔233が形成されている。
なお、回転伝達機構235は、軸受236を介してサポートコーン210に対して回転自在に支持されている。また回転伝達機構235の外周面とフレーム222の内周面との間には、ラビリンスシール237が形成されている。
ステータ240のステータコア241には、固定子コイル242が配置されている。ステータコア241には、軸方向に貫通する冷却用の通風孔243が形成されている。
この供給ダクトを介して、タワーやナセル内の空気、つまり、外気とは隔絶された空気が、供給ダクトを介して供給口211に供給されて、供給口211からハウジング220内の空間に送り出される。
ハウジング220内の空気は、排気口212から吸い込まれて、排気ダクトを介して、タワーやナセルの内部空間に送られる。
このように仕切板250を配置したため、サポートコーン210の外周面とロータ230の内周面との間の空間は、仕切板250により、供給口211側(ブラケット223側)の空間と、排気口212側(ブラケット222側)の空間とに仕切られる。
外周側に達した後は、ロータ230とステータ240との間のギャップ、及び、通風孔243を軸方向に流れる空気b3となる。
ブラケット222側に達した後は、外周側から内周側に向かって流れる空気b4となる。
内周側に達した後は、空気流通孔233を介して、サポートコーン210の外周面とロータ230の内周面と仕切板250とロータ支持板231とで囲まれた空間に流れる空気b5となる。
そして、空気b5は、排気口212に吸い込まれる空気b6となる。空気冷却をして温度上昇した空気b6は、排気口212から吸い込まれて、タワーやナセル内に排気される。
しかし、外気による外部空気による冷却は、外気の流れ方向αに関して上流側の方が、下流側に比べて冷却効果が高くなっている。
このように、内部空気による冷却と、外気による外部空気による冷却とが、相互に補間しあって、全体として均一で効果的な冷却を行うことができる。
(1)タワーやナセル内の空気、つまり、外気とは隔絶された空気を、発電機200内に循環流通させて空気冷却しているため、モータ220を沿岸部(海岸部)に設置したとしても、潮風が発電機200の内部に浸入することはなく、塩害などによる腐食を受けることはない。
(2)サポートコーン210に供給口211及び排気口212を形成したため、サポートコーン210の軸方向の前後に特別な空間をとる必要がなく、軸方向寸法が小さくでき、全体的に小型の発電機200とすることができる。
実施例2の発電機200Aでは、仕切板250にリブ251を取り付けている。リブ251はサポートコーン210に対して同心状に配置されると共に、傾斜面251aを有している。
傾斜面251aは、供給口211に対して斜めになった状態で対向し、且つ、供給口211側のブラケット223に対して斜めになった状態で対向している。
他の部分の構成は、図1に示す実施例1と同様である。
このため、ハウジング220の内部空間のうち、外気の流れ方向αに関して下流側、つまりブラケット223側の空間の空気圧力が高くなる。
この結果、ロータ230とステータ240との間のギャップ、及び、通風孔243を軸方向に流れる空気b3の空気量が増し、冷却効率が高くなる。したがって発熱の大きなロータ230やステータ240を、より効率的に冷却することができる。
図3に示すように、実施例3の発電機200Bのサポートコーン210には、周方向に沿いずれた位置に、供給口211aと排気口212aが形成されている。供給口211a及び排気口212aは、サポートコーン210を開口して形成したものである。
なお供給口211a及び排気口212aは、周方向に沿い例えば90°開口している。
また、排気口212aの位置から、サポートコーン210の内部空間を通って、タワーやナセルの内部空間の位置にまで、排気ダクト(図示省略)が配置されている。
図4は、この覆い部材260を抽出して示す斜視図である。図4に示すように、本実施例では、覆い部材260は周方向に関して180°の範囲にわたって湾曲した構成部材である。
この半円弧状の区画部材261の周方向の配置位置は、サポートコーン110の周面のうち、覆い部材260が配置されていない、残りの範囲(180°の範囲)である。
半円弧状の区画部材261の軸方向の配置位置は、覆い部材260の右端部分(ブラケット223側の部分)に対応した位置である。
図5は、サポートコーン210と、覆い部材260と、半円弧状の区画部材261の組み付け状態を正面側から示している。
図6は、図3のVI−VI断面のうち、サポートコーン210と、覆い部材260と、区画部材261と、区画部材262のみを示している。
外周側に達した後は、ロータ230とステータ240との間のギャップ、及び、通風孔243を軸方向に流れる空気c3となる。
ブラケット222側に達した後は、外周側から内周側に向かって流れる空気c4となる。
内周側に達した後は、空気流通孔233を介して、サポートコーン210の外周面とロータ230の内周面とロータ支持板231と覆い部材260と区画部材261,262で囲まれた空間に流れる空気c5となる。
そして、空気c5は、排気口212aに吸い込まれる空気c6となる。空気冷却をして温度上昇した空気c6は、排気口212aから吸い込まれて、タワーやナセル内に排気される。
しかも、吹出口260aから強い流速となって空気が吹き出されるため、全体的に冷却効率が高まる。
2 ナセル
3 羽根
100,200,200A,200B 発電機
110,210 サポートコーン
111,211,211a 供給口
112,212,212a 排気口
120,220 ハウジング
121,221 フレーム
122,123,222,223 ブラケット
130,230 ロータ
131,231 ロータ支持板
132,232 軸受
133,233 空気流通孔
140,240 ステータ
141,241 ステータコア
142,242 固定子コイル
143,243 通風孔
250 仕切板
251 リブ
251a 傾斜面
260 覆い部材
260a 吹出口
261,262 区画部材
Claims (2)
- 中空のサポートコーンと、
円筒状に形成されており、前記サポートコーンに対して同心状で径方向外周側に配置されたロータと、
フレームとブラケットから構成されており、前記ロータを取り囲む状態で、前記サポートコーンの外周面に固定設置されたハウジングと、
前記フレームの内周面に配置されて、前記ロータと対向するステータと、
内周側は軸受を介して前記サポートコーンにより回転自在に支持されると共に、外周側が前記ロータの内周面に固定され、更に、軸方向に貫通する複数の空気流通孔が形成されたロータ支持板と、
前記サポートコーンに開口して形成されており、前記サポートコーンの内部空間を介して供給されてくる、外気とは隔絶された空気を、前記ハウジング内の空間に送り出す供給口と、
前記サポートコーンに開口して形成されており、前記ハウジング内の空気を吸い込む排気口と、
を有する発電機において、
前記供給口と前記排気口は、前記サポートコーンの周方向に沿いずれた位置に形成されており、
空間を介して前記供給口を覆うと共に、前記ブラケットのうち一方のブラケット側に吹出口を形成した覆い部材と、
前記サポートコーンの外周面と前記ロータの内周面との間の空間を、前記覆い部材で囲まれると共に前記供給口が臨む空間と、前記排気口が臨む残りの空間とに区画する区画部材と、
を備えたことを特徴とする発電機の冷却構造。 - 請求項1において、
前記ステータには、軸方向に貫通する通風孔が形成されていることを特徴とする発電機の冷却構造。
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