JP6054323B2

JP6054323B2 - 全閉式回転電機

Info

Publication number: JP6054323B2
Application number: JP2014042993A
Authority: JP
Inventors: 謙太郎高石; 英伸槌本
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2016-12-27
Anticipated expiration: 2034-03-05
Also published as: CN104901479B; JP2015171186A; CN104901479A

Description

本発明は、冷却器を有する全閉式の回転電機に関する。

図４は、冷却器を有する従来の全閉式回転電機であって、回転軸が水平の例を示す立断面図である。全閉式回転電機６０において、回転子２０および固定子３０等を冷却する内部冷却気体は、通常、回転子のロータに取り付けられたファン２５によって、フレーム１１と冷却器カバー４８内を循環する。ここで、フレーム１１は、回転子２０の鉄心部分および固定子３０を収納している。また、冷却器カバー４８は、内部冷却気体を冷却する冷却器４０を収納している。

典型的な例においては、冷却器４０は、図４に示すように、全体が水平、すなわち、水平面に沿って冷却管４１が配されるような方向で、冷却器カバー４８内に取り付けられている（特許文献１参照）。フレーム１１から冷却器カバー４８に流入した内部冷却気体は、ガイド部４７に仕切られた流路に流入し、冷却器４０の冷却管４１の外側の流路（通風部）を通過する。

特開２００８−２９５１３０号公報

冷却器４０は、全体が水平になるように配されているため、内部冷却気体が、下方から冷却器４０に向かって鉛直上方に流入するような配置であれば、伝熱管での熱交換はむらなく行われる。しかしながら、冷却器４０における伝熱管からの冷却水のリーク等を考慮すると、冷却器４０の直下に巻線等を有する固定子３０等があることは好ましくない。

この対策として、フレーム１１と冷却器カバー４８間の連絡口となる第１開口１１ａおよび第２開口１１ｂが、固定子３０の軸方向の端部より外側のそれぞれの上方に設けられている。したがって、フレーム１１内から冷却器カバー４８内に流入した内部冷却気体は、冷却器４０の通風部に流入する前に大きく流れの方向を変える必要がある。このため、通風部のうち、内部冷却気体の流入速度が他の部分に比べて大幅に低い個所が生じている。

そこで、本発明は、全閉式回転電機において内部冷却気体の冷却器への流入速度分布を均一化することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明に係る全閉式回転電機は、回転軸まわりに回転可能に軸支されたロータシャフトと、そのロータシャフトに固定された回転子鉄心とを有する回転子と、前記回転子鉄心の径方向外側に配されて固定子鉄心と前記固定子鉄心に巻回された固定子巻線とを有する固定子と、前記回転子鉄心および前記固定子を収納して第１開口および第２開口が形成されたフレームと、前記フレームに取り付けられて、前記フレームとともに密閉空間を構成する冷却器カバーと、前記回転子に取り付けられて前記回転子鉄心、前記固定子鉄心および前記固定子巻線を冷却する内部冷却気体を前記密閉空間内で循環させるファンと、前記冷却器カバー内に配されて、前記フレームから前記第１開口を経由して前記冷却器カバー内に流入し、前記第２開口から前記フレームに流出する前記内部冷却気体の流れの向きに沿って形成されて前記内部冷却気体をガイドしてガイド流路を形成するガイド部と、内部が前記密閉空間の外側からの外部冷却媒体の流路となり前記回転軸に垂直な方向に配された冷却管を有し、前記ガイド流路内の前記内部冷却気体の流れ方向に垂直な平面内に前記冷却管が配されるような向きに設けられている冷却器と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、全閉式回転電機において内部冷却気体の冷却器への流入速度分布を均一化することができる。

実施形態に係る全閉式回転電機を示す立断面図である。図１の第ＩＩ−ＩＩ線矢視平断面図である。実施形態に係る冷却器付回転電機の変形例を示す立断面図である。従来の全閉式回転電機の例を示す立断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る全閉式回転電機について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。

図１は、実施形態に係る全閉式回転電機を示す立断面図である。また、図２は、図１の第ＩＩ−ＩＩ線矢視平断面図である。全閉式回転電機１０は、回転子２０、固定子３０、フレーム１１、および冷却器４０を有する。

回転子２０は、水平に設けられたロータシャフト２１、および回転子鉄心２２を有する。ロータシャフト２１は、図示しないロータシャフト２１の両端近傍にそれぞれ設けられた２つの軸受によって回転可能に軸支されている。回転子鉄心２２は、径方向にはロータシャフト２１の径方向外側であって、回転軸方向には２つの軸受の間に設けられ、ロータシャフト２１に取り付けられている。また、ファン２５が、ロータシャフト２１に支持されて取り付けられロータシャフト２１の回転とともに回転するようになっている。

回転子鉄心２２は、外形が円柱形状で、たとえば中央に開口を有する円板形状のケイ素鋼板の積層構造を有する。なお、たとえば同期機などのように回転子鉄心２２に図示しない回転子巻線が巻回されている場合でもよい。軸受は、たとえば、転がり軸受、すべり軸受などを用いることでよい。

固定子３０は、固定子鉄心３１および固定子巻線３２を有する。固定子鉄心３１は、全体として円筒形状であり、ロータシャフト２１の回転軸方向には回転子鉄心２２と同じ範囲に設けられる。また、固定子鉄心３１は、回転子鉄心２２の径方向外側に設けられている。固定子鉄心３１の径方向内側の面と、回転子鉄心２２の径方向外側面とが互いに対向し、所定の範囲のギャップを形成している。

固定子鉄心３１の径方向の内面には、図示しない回転軸方向に延びる複数のスロットが形成されている。これにより回転軸方向に延びた図示しない複数の突出部（ティース）が回転子鉄心２２に対向するように形成されている。この突出部の周りに、固定子巻線３２が巻回されている。

回転子鉄心２２および固定子３０は、フレーム１１内に収納されている。フレーム１１は、密閉容器に、第１開口１１ａおよび第２開口１１ｂの２つの開口が形成された直方体の容器である。

フレーム１１の上部には、冷却器カバー４８が取り付けられている。冷却器カバー４８は、下部が開放されたカバーであり、開放面がフレーム１１の上部に面するように取り付けられている。フレーム１１と冷却器カバー４８とで、密閉空間５１が形成される。

フレーム１１内の雰囲気と冷却器カバー４８内の雰囲気とは、第１開口１１ａおよび第２開口１１ｂで接続されている。第１開口１１ａおよび第２開口１１ｂは、ロータシャフト２１の軸方向について固定子鉄心３１の設置範囲の前後に設けられている。

このため、ファン２５は、第１開口１１ａの下側の位置に設けられている。ファン２５が、ロータシャフト２１の回転とともに回転すると、冷却対象である回転子鉄心２２、固定子３０を冷却することによって加熱された内部冷却気体は第１開口１１ａを経由して冷却器カバー４８内に送られる。また、冷却器カバー４８内で冷却された内部冷却気体は、第２開口１１ｂを経てフレーム１１に送られる。ファン２５、第１開口１１ａおよび第２開口１１ｂは、このような位置関係となっている。

冷却器カバー４８内には、内部冷却気体の流れをガイドするためのガイド部４５が設けられている。ガイド部４５は、冷却器４０の上流側の下部に設けられた入口下部ガイド４５ａおよび上部に設けられた入口上部ガイド４５ｂ、冷却器４０の下流側の上部に設けられた出口上部ガイド４５ｃおよび下部に設けられた出口下部ガイド４５ｄを有する。ガイド部４５は、ガイド流路５２ａを形成するが、冷却器カバー４８がガイド部４５の一部を構成していてもよい。

冷却器４０は、冷却管４１、支持枠４０ａおよび通風部４４を有する。冷却管４１は、同一平面に沿って配された４本の直管が、同じ平面に沿って配された３つのＵ字形状の曲り部で直列に接続されている。冷却管４１の両端は、密閉空間５１の外部の入口管４２および出口管４３にそれぞれ接続されている。冷却管４１は、支持枠４０ａに支持されている。入口管４２から冷却媒体（たとえば水）が供給され、冷却管４１内を通過して冷却管４１外の内部冷却気体と熱交換し、内部冷却気体を冷却した後に、出口管４３に流出する。

支持枠４０ａは、冷却管４１の場合と同じ平面に沿って長方形に配されて、かつこの平面に垂直な向きの４つの板状の部材を有する。通風部４４は、内部冷却気体が通過する流路であり、支持枠４０ａと冷却管４１の間の空間で形成されている。

冷却器４０は、ガイド流路５２ａを横切るように設けられている。具体的には、冷却器４０の支持枠４０ａとガイド部４５とが接続されており、支持枠４０ａが、ガイド部４５の一部を構成するようになっている。なお、冷却器カバー４８がガイド流路５２ａを構成する要素となっている部分では、支持枠４０ａと冷却器カバー４８とが接続されている。

冷却器４０は、ガイド流路５２ａ内の内部冷却気体の流れ方向に垂直な平面内に冷却管４１が配されるような向きに設けられている。図１、図２では、冷却器４０が、ガイド流路５２ａ内の比較的上流側に設けられている場合を示している。

このように構成された全閉式回転電機６０においては、ファン２５によって駆動されて、第１開口１１ａを通過して冷却器カバー４８内に流入した内部冷却気体は、ガイド流路５２ａに沿って流れ、冷却器４０の通風部４４を通り、第２開口１１ｂに至り、第２開口１１ｂからフレーム１１に流出する。ガイド部４５を設けることによって、ガイド部４５によって形成されたガイド流路５２ａ内の内部冷却気体の流れの乱れが低減し、流れの流路断面内の流れの分布が均一化される。

ガイド流路５２ａ内の流路断面のいずれの部分の流れに対しても、冷却器４０の通風部４４が正面に存在している。このため、ガイド流路５２ａ内の内部冷却気体はほぼ均等に冷却器４０の通風部４４に流入する。図４に示す従来例で内部冷却気体の流速が大幅に低い個所が存在するのと比べると、冷却管４１の外側を通過する内部冷却気体の流れはほぼ均等となる。すなわち、内部冷却気体の冷却器４０への流速分布を均一化することができる。このため、冷却管４１の外側の内部冷却気体の流速分布が均等となり、冷却器４０の冷却効率が向上する。

また、実質的に通風部４４のガイド流路５２ａの流れ方向からみた投影面積が大きくなり、冷却器４０を通過する内部冷却気体の圧力損失も低下する。この結果、ファン２５の回転による流動抵抗が低減され当該全閉式回転電機６０の動力負荷が減少するとともに、流量も増加する。この点からも、冷却器４０を通過する内部冷却気体の流速が増加し、冷却器４０の冷却効率が向上する。

図３は、実施形態に係る冷却器付回転電機の変形例を示す立断面図である。本変形例においては、冷却器４０は、ガイド流路５２ｂの比較的下流側に設けられている。ガイド流路５２ｂは、冷却器カバー４８の一部と、ガイド部４６、具体的には、流路の上流側から、入口下部ガイド４６ａ、入口上部ガイド４６ｂおよび出口上部ガイド４６ｃにより形成されている。

ガイド流路５２ｂの比較的下流側に冷却器４０が設けられているため、冷却器４０に至るまでに、ガイド流路５２ｂ内の内部冷却気体の流れがより均一となる。このため、冷却器４０の通風部４４を通過する内部冷却気体の流れがより均等となり、さらに冷却効率が向上する。

［その他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。たとえば、実施形態においては、フレーム１１と冷却器カバー４８とが別々の場合を示しているがこれに限定されない。たとえば、これらが一体となって、その内部で上下が区画されていてもよい。この場合は、区画された下部の方をフレーム、上部の方を冷却器カバーと呼ぶこととする。

また、実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…全閉式回転電機、１１…フレーム、１１ａ…第１開口、１１ｂ…第２開口、２０…回転子、２１…ロータシャフト、２２…回転子鉄心、２５…ファン、３０…固定子、３１…固定子鉄心、３２…固定子巻線、４０…冷却器、４０ａ…支持枠、４１…冷却管、４２…入口管、４３…出口管、４４…通風部、４５…ガイド部、４５ａ…入口下部ガイド、４５ｂ…入口上部ガイド、４５ｃ…出口上部ガイド、４５ｄ…出口下部ガイド、４６…ガイド部、４６ａ…入口下部ガイド、４６ｂ…入口上部ガイド、４６ｃ…出口上部ガイド、４７…ガイド部、４８…冷却器カバー、５１…密閉空間、５２ａ、５２ｂ…ガイド流路、６０…全閉式回転電機

Claims

回転軸まわりに回転可能に軸支されたロータシャフトと、そのロータシャフトに固定された回転子鉄心とを有する回転子と、
前記回転子鉄心の径方向外側に配されて固定子鉄心と前記固定子鉄心に巻回された固定子巻線とを有する固定子と、
前記回転子鉄心および前記固定子を収納して第１開口および第２開口が形成されたフレームと、
前記フレームに取り付けられて、前記フレームとともに密閉空間を構成する冷却器カバーと、
前記回転子に取り付けられて前記回転子鉄心、前記固定子鉄心および前記固定子巻線を冷却する内部冷却気体を前記密閉空間内で循環させるファンと、
前記冷却器カバー内に配されて、前記フレームから前記第１開口を経由して前記冷却器カバー内に流入し、前記第２開口から前記フレームに流出する前記内部冷却気体の流れの向きに沿って形成されて前記内部冷却気体をガイドしてガイド流路を形成するガイド部と、
前記ガイド流路内に設けられて、内部が前記密閉空間の外側からの外部冷却媒体の流路となり前記回転軸に垂直な方向に配された冷却管を有し、前記ガイド流路内の前記内部冷却気体の流れ方向に垂直な平面内に前記冷却管が配されるような向きに設けられている冷却器と、
を備えることを特徴とする全閉式回転電機。
前記回転軸は水平であり、前記冷却器が配設されている鉛直方向の高さは、前記固定子が配設されている鉛直方向の高さより高いことを特徴とする請求項１に記載の全閉式回転電機。