CN107078603B - 旋转电机 - Google Patents

Abstract

本发明的旋转电机包括气体冷却器(14)，该气体冷却器(14)收纳于壳体(2)的上部所设有的气体冷却器室(13)且在各定子线圈端部(7)的上部的壳体(2)的开口部(15)附近各设有一台，在该旋转电机中形成冷却气体按下述路径进行循环的气体循环路径，即：风扇(12)的进气侧所设有的空间A→包围风扇(12)的周围的空间B→气体冷却器室(13)→气体冷却器(14)→包含定子线圈端部(7)的空间C→转子(4)与定子(3)的间隙(11)及转子(4)和定子(3)中形成的气体通路→定子(3)的外周与壳体(2)之间的空间D→空间A。

Description

旋转电机

技术领域

本发明涉及在封入有冷却气体的壳体内收纳定子和转子、且具备气体冷却器的旋转电机。

背景技术

以往的旋转电机具有冷却气体按下述顺序循环的结构，即：设置于风扇的进气侧的空间A→包围风扇的周围的空间B→气体冷却器室→气体冷却器→包含定子线圈端部的空间C→转子与定子的间隙及形成于转子和定子的气体通路→定子的外周与壳体间的空间D→空间A，并且在旋转电机的侧面设置有四台气体冷却器(例如，专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5388961号公报(段落〔0013〕～〔0015〕、图2、图3)

发明内容

发明所要解决的技术问题

专利文献1公开的旋转电机的结构中，旋转电机整体在宽度方向上较大，从而需要较广的设置面积。因此，存在设置的自由度变低的问题。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够在不使定子线圈端部的冷却性恶化的情况下减小设置面积、提高设置自由度的旋转电机。

用于解决技术问题的技术手段

本发明所涉及的旋转电机包括：定子，该定子配设在封入有冷却气体的壳体内，并具有定子铁心、定子线圈、以及定子线圈的两端部的定子线圈端部；转子，该转子隔着空隙配置在定子的内周侧，并具有安装于转轴的转子铁心及转子线圈；风扇，该风扇安装于转轴的两端部附近，将转子线圈的相反侧作为进气侧，从轴心侧吸入冷却气体并向外周侧送出；以及气体冷却器，该气体冷却器收纳于定子线圈端部所处的壳体的上部所设有的气体冷却器室，并设置在壳体的开口部的附近，形成下述气体循环路径，即，从风扇的进气侧所设有的空间A通过风扇被吸入的冷却气体按包围风扇的周围的空间B→气体冷却器室→气体冷却器→包含定子线圈端部的空间C→转子与定子的间隙及转子和定子中所形成的气体通路→定子的外周与壳体之间的空间D→空间A的路径进行循环，在各定子线圈端部的上部各设置一台气体冷却器。

发明效果

根据本发明所涉及的旋转电机，具备收纳于定子线圈端部所处的壳体的上部所设有的气体冷却器室且设置于壳体的开口部的附近的气体冷却器，按设置于风扇的进气侧的空间A→包围风扇的周围的空间B→气体冷却器室→气体冷却器→包含定子线圈端部的空间C→转子与定子的间隙及转子和定子中所形成的气体通路→定子的外周与壳体之间的空间D→空间A的路径形成冷却气体进行循环的气体循环路径，在各定子线圈端部的上部各设置一台气体冷却器，因此，能够在不使定子线圈端部的冷却性恶化的情况下减小旋转电机的设置面积，提高设置的自由度。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的旋转电机的侧视剖视图。

图2是本发明的实施方式1的旋转电机的主视剖视图。

图3是本发明的实施方式1的旋转电机的俯视剖视图。

图4是本发明的实施方式2的旋转电机的侧视剖视图。

图5是本发明的实施方式2的旋转电机的主视剖视图。

具体实施方式

实施方式1.

实施方式1涉及下述旋转电机：在壳体的上表面所设有的气体冷却室内各设置一台气体冷却器，在定子线圈端部的正上方设置壳体的开口部，并设置对包围定子线圈端部的空间(空间C)与从定子外周和壳体间的空间(空间D)起朝向风扇的进气侧空间(空间A)的冷却气体的通路进行分隔的分隔壁，由此确保了冷却气体的通路。

以下，基于作为旋转电机的侧视剖视图的图1、作为旋转电机的主视剖视图的图2、以及作为旋转电机的俯视剖视图的图3，说明本申请发明的实施方式1所涉及的旋转电机1的结构、动作。

图1是从侧面观察本发明的实施方式1的旋转电机1得到的剖视图，示出通过转子的中心轴的垂直面的剖视图。

图2是旋转电机1的主视剖视图，是从图1的I-I观察到的剖视图。

图3是从上表面观察旋转电机1得到的剖视图，示出通过转子的中心轴的水平面的剖视图。

下面，基于附图对本发明的实施方式1进行说明。另外，本实施方式中，假设全闭横型的涡轮发电机作为旋转电机来进行说明。

旋转电机1包括：配设于封入有冷却气体的壳体2内的定子3、隔开规定的间隙设置于定子3的内周侧的转子4、使冷却气体在壳体2内循环的风扇12、以及对冷却气体进行冷却的气体冷却器14。以下按顺序对此进行说明。

定子3具有由在轴向上层叠的磁性钢板形成的定子铁心5、以及被***到定子铁心5的内周部所形成的槽部的定子线圈6，在定子铁心5中，在轴向上按规定的间隔形成有使冷却气体在径向上流通的气体通路(未图示)。

并且，在定子线圈6的两端侧的定子线圈端部7的一方(图中的左方)的下部侧连接有主引线(未图示)，被引出至壳体2的外部。主引线是从定子线圈6取出发电得到的电力的导体。

另一方面，转子4以自由旋转的方式配设在定子3的内周部，且具有能够确保规定的间隙11的外径。并且，转子4由转轴8、安装于转轴8的转子铁心9、以及被***到转子铁心9的轴向上所形成的槽部的转子线圈(未图示)构成，转轴8的两端部通过轴承10而被支承为可自由旋转。此外，在上述槽部及线圈部设有向轴向前进且穿过径向的冷却气体的气体通路(未图示)。

在转轴8的两端部附近，在轴承10的内侧安装有风扇12。风扇12是向离心方向产生空气的流动类型的风扇，用于使填充在壳体2内的冷却气体在壳体2内循环。本实施方式1中，构成为将存在转子线圈的主体部的相反侧(面向轴承10的一侧)作为进气侧，从轴心侧吸入冷却气体并向外周侧送出。

此外，在图1中，在定子线圈端部7所处的部分附近的壳体2的上表面安装有水冷式的气体冷却器14。

如图1所示，气体冷却器14收纳于壳体2的上表面所设有的密闭的气体冷却器室13，设置在壳体2的上表面的开口部15的附近，并设置在后述的冷却气体的气体循环通路内。从外部将冷却水导入气体冷却器14并使其在内部的细管内循环，经由多个翅片进行热交换，从而使冷却气体被冷却。

接着，对气体冷却器14向壳体2的设置以及定子线圈端部7的功能进行说明。

将作为冷却气体从气体冷却器14朝向后述的包围定子线圈端部7的空间(空间C)的通路的壳体2的开口部15设置在定子线圈端部7的正上方。定子线圈端部7中，线圈配置成网格状，当冷却气体通过它时成为阻碍。因此，冷却气体不会集中流过定子线圈端部7的一个部位，而是首先流过定子线圈端部7的周围，然后从定子线圈端部7的所有方向向内侧流动。由此，能够防止仅定子线圈端部7的一部分被冷却。

若来自气体冷却器14的冷却气体通过的开口部15与定子线圈端部7在轴向上发生偏离，则冷却气体没有遮挡物而直接流入定子3与转子4的间隙11，从而定子线圈端部7只有一部分被冷却。

但是，若来自气体冷却器14的冷却气体通过的开口部15与定子线圈端部7在轴向上没有偏离，则冷却气体不易贯穿定子线圈端部7而流动，从而冷却气体分散。因此，定子线圈端部7均匀地被冷却。

为了使冷却气体高效地在壳体2内循环，在壳体2内部形成气体循环通路。因此，接着，对通路的结构进行说明。从图1的左侧的风扇12的部分开始，按照冷却气体的流动来进行说明。

用分隔板对风扇12的轴承10侧进行分隔，由该分隔板和壳体2形成的空间A(图中用字母来表示。以下相同。)成为风扇12的进气侧空间。风扇12的转子主体侧也设有分隔板，形成包围风扇12的周围的空间B。在空间B的上方、壳体2的上表面，在壳体2形成开口部，与气体冷却器室13连通。气体冷却器14设置在壳体2上表面的开口部15的附近，因此，冷却气体从气体冷却器室13通过气体冷却器14向定子线圈端部7侧送出。

如上所述，采用首先将来自风扇12的冷却气体向气体冷却器14送出来进行冷却的方式。接着，将经由气体冷却器14进行了冷却后的低温的冷却气体从最近处向定子线圈端部7侧送出。

定子线圈端部7分隔外周部而形成包围定子线圈端部7的空间C。流入空间C的冷却气体流入转子4的内部所形成的未图示的气体通路、和定子3内径部与转子4外径部之间的间隙11，并通过定子3的未图示的气体通路，穿过径向，向定子3外周与壳体2之间所形成的空间D送出。然后，在空间D中被分为朝向两端侧并在壳体2的端部方向上折返前进，从而形成向空间A返回的循环路径。

从右侧的风扇12送出的冷却气体沿着形成为相同(基本对称)的路径进行循环。

这里，对分隔空间C与从空间D朝向空间A的冷却气体的通路的分隔壁17进行说明。

在定子线圈端部7的两侧设有分隔壁17，用于对空间C与从空间D朝向空间A的冷却气体的通路进行分隔。该分隔壁17的位置设为分隔壁17的外侧充分地确保了从空间D朝向空间A的冷却气体的通路16，分隔壁17的内侧充分地确保了从气体冷却器14流过来的冷却气体沿着定子线圈端部7的外周向下侧流动的通路。并且，还确保了分隔壁17与定子线圈端部7之间的绝缘距离。

如上所述，气体循环通路如下：通过转子4旋转从而风扇12旋转，冷却气体从空间A的轴心侧被吸入后向空间B的外周方向送出，经由空间B→气体冷却器室13→气体冷却器14(冷却气体在此处被冷却)→开口部15→空间C→间隙11及在转子和定子形成的气体通路→向空间D送出，并通过从空间D朝向空间A的冷却气体的通路16，然后返回空间A。

实施方式1的旋转电机1中，在定子线圈端部7的上部且在壳体2的上表面各设置一台气体冷却器14，壳体2的宽度与现有的结构相比变窄。

如果只是简单地采用这种结构，那么会产生下述问题，即：只有定子线圈端部的气体冷却器出口周边被冷却，定子线圈端部的远离气体冷却器的部位得不到充分地冷却。实施方式1的发明在解决上述问题的基础上，还减小了旋转电机的设置面积。

从气体冷却器14流出的冷却气体通过开口部15进入空间C对定子线圈端部7进行冷却，但由于开口部15设置在定子线圈端部7的正上方，因此冷却气体在定子线圈端部7的外周侧流动，从定子线圈端部7的所有方向向内侧流动。由此，能够防止仅定子线圈端部7的一部分被冷却。

并且，分隔冷却气体的通路的分隔壁17对从空间D朝向空间A的冷却气体的通路与空间C之间进行分隔，并在该分隔壁17与定子线圈端部7之间确保了绝缘距离。由此，确保了气体从空间D朝向空间A流动的通路。

如以上所说明的那样，实施方式1的旋转电机中，在壳体的上表面所设有的气体冷却室内各设置一台气体冷却器，在定子线圈端部的正上方设置壳体的开口部，并设置对包围定子线圈端部的空间(空间C)与从定子外周和壳体间的空间(空间D)起朝向风扇的进气侧空间(空间A)的冷却气体的通路进行分隔的分隔壁，由此确保了冷却气体的通路。因此，能够在不使定子线圈端部的冷却性恶化的情况下减小旋转电机的设置面积。

实施方式1的旋转电机由于能够减小设置面积，能够使装置小型化、能够削减气体冷却器台数，因此具有节能和耐久性提高的效果。

实施方式2.

实施方式2的旋转电机具有下述结构：在包围定子线圈端部的空间内的开口部的下方设置引导板，使从气体冷却器向定子线圈端部的冷却气体的流动分散。

以下，基于作为旋转电机的侧视剖视图的图4、以及作为旋转电机的主视剖视图的图5，以与实施方式1的不同为中心，对实施方式2所涉及的旋转电机的结构、动作进行说明。

图4、5中，对与实施方式1的图1、2相同或相当的部分标注相同的标号。

图4是从侧面观察本发明的实施方式2的旋转电机100得到的剖视图，示出通过转子的中心轴的垂直面的剖视图。

图5是旋转电机100的主视剖视图，是从图4的I-I观察到的剖视图。

从上表面观察旋转电机100得到的剖视图与实施方式1的图3相同，因此省略。

本发明的实施方式2的旋转电机100与实施方式1的旋转电机1的差异在于，在包围定子线圈端部的空间(空间C)内，在开口部15的下方设有引导板21。

图4、图5中，在冷却气体从气体冷却器14朝向空间C的通路的开口部15的下游侧，以使冷却气体向多个方向流动的方式设有引导板21。

图4中，示出引导板21通过螺栓或焊接固定于分隔空间C和空间D的框架中框板22的示例。

引导板21相对于开口部15的开口面具有倾斜角度，以使冷却气体向多个方向流动。将气体冷却器14的容量、定子线圈端部7的形状等考虑在内来决定引导板21的形状和倾斜角度。

如实施方式1中所说明的那样，若气体冷却器14的出口与定子线圈端部7在轴向上偏离，则冷却气体没有遮挡物而流入定子3与转子4的间隙11，定子线圈端部7只有一部分被冷却。

由此，即使在气体冷却器14的出口与定子线圈端部7在轴向上发生偏离的情况下，通过设置引导板21，从而冷却气体向多个方向流动并分散，定子线圈端部7均匀地被冷却。

另外，在气体冷却器14的出口与定子线圈端部7在轴向上一致的情况下，通过设置引导板21，从而冷却气体进一步被分散，定子线圈端部7更为均匀地被冷却。

实施方式2的旋转电机100的气体循环通路如下所述。通过转子4旋转从而风扇12旋转，冷却气体从空间A的轴心侧被吸入然后向空间B的外周方向送出，经由空间B→气体冷却器室13→气体冷却器14→开口部15→引导板21→空间C→间隙11及在转子和定子形成的气体通路→向空间D送出，并通过从空间D朝向空间A的冷却气体的通路16，然后返回空间A。

如以上所说明的那样，实施方式2的旋转电机具有下述结构：在包围定子线圈端部的空间内的开口部的下方设置引导板，使从气体冷却器向定子线圈端部的冷却气体的流动分散。因此，能够在不使定子线圈端部的冷却性恶化的情况下减小旋转电机的设置面积。

此外，实施方式2的旋转电机还能够进一步提高定子线圈端部的冷却性。

另外，本发明在本发明的范围内能够自由地对各实施方式进行组合，或者适当地对各实施方式进行变形和省略。

工业上的实用性

本发明涉及能够在不使定子线圈端部的冷却性恶化的情况下减小设置面积的旋转电机，能够广泛地适用于涡轮发电机等。

Claims (4)

1.一种旋转电机，其特征在于，包括：

定子，该定子配设在封入有冷却气体的壳体内，并具有定子铁心、定子线圈、以及所述定子线圈的两端部的定子线圈端部；

转子，该转子隔着空隙配置在所述定子的内周侧，并具有安装于转轴的转子铁心及转子线圈；

风扇，该风扇安装于所述转轴的两端部附近，将所述转子线圈的相反侧作为进气侧，从轴心侧吸入冷却气体并向外周侧送出；以及

气体冷却器，该气体冷却器收纳于所述定子线圈端部所处的所述壳体的上部所设有的气体冷却器室，并设置在所述壳体的开口部的附近，

形成下述气体循环路径，即，从所述风扇的所述进气侧所设有的空间A通过所述风扇被吸入的所述冷却气体按包围所述风扇的周围的空间B→所述气体冷却器室→所述气体冷却器→包含所述定子线圈端部的空间C→所述转子与所述定子的间隙及所述转子和所述定子中所形成的气体通路→所述定子的外周与所述壳体之间的空间D→所述空间A的路径进行循环，

在所述各定子线圈端部的上部各设置一台所述气体冷却器，

在所述定子线圈端部的与所述气体冷却器室所处位置侧垂直的两侧，设置有对所述空间C、与从所述空间D朝向所述空间A的所述冷却气体的气体通路进行分隔的分隔壁。

2.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

所述冷却气体从所述气体冷却器朝向所述空间C的路径中所设有的所述壳体的所述开口部设置在所述定子线圈端部的正上方。

3.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

在从所述气体冷却器到所述空间C的气体通路中，在所述壳体的所述开口部的下游侧设置有相对于所述开口部的开口面具有倾斜角度的引导板，用于使所述冷却气体向多个方向流动。

4.如权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

在下述位置设置所述分隔壁，即：使得所述分隔壁的外侧确保从所述空间D朝向所述空间A的所述冷却气体的气体通路，所述分隔壁的内侧确保从所述气体冷却器流出的所述冷却气体沿所述定子线圈端部的外周流向下侧的气体通路，且确保与所述定子线圈端部的绝缘距离。