JPS5833780B2 - カイテンデンキヨウカイテンシブザイ - Google Patents

カイテンデンキヨウカイテンシブザイ

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JPS5833780B2
JPS5833780B2 JP50072790A JP7279075A JPS5833780B2 JP S5833780 B2 JPS5833780 B2 JP S5833780B2 JP 50072790 A JP50072790 A JP 50072790A JP 7279075 A JP7279075 A JP 7279075A JP S5833780 B2 JPS5833780 B2 JP S5833780B2
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JP
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coolant
conductor
rotor
distribution chamber
longitudinal
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JP50072790A
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JPS5112603A (ja
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ライ ジヨンズ ウオーレン
エミル アルバリツク ジヤクエス
ウイリアム バークハート チヤールズ
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CBS Corp
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Westinghouse Electric Corp
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Publication of JPS5833780B2 publication Critical patent/JPS5833780B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/04Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/22Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors consisting of hollow conductors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はタービン発電機のような大型の回転電機に関
するもので、特にこのような機械の液冷回転子に関する
ものである。
大型タービン発電機は通常内部冷却型すなわち直接冷却
構造で、冷却流体が固定子および回転子スロット内の通
路装置を通って、接地絶縁物の内側にあって通電導体と
直接の熱交換関係で循環される。
この型の構造は非常に効果的な冷却装置を与えるもので
あって大型発電機の非常に高い定格に適用できるもので
ある。
このような電機に使用されていた冷却流体は従来普通水
素であって、この水素は気密な外函内に満たされ、固定
子巻線および回転子巻線の通路を通って、かつ固定子鉄
心内の径方向および軸方向流路を通って循環される。
このような大型発電機の最大容量の増加がさらに必要?
・こなって来るにつれて、冷却作用における改善が要求
され、液体のようなさらに有効な冷却材を用いることに
よってこれが得られている。
このようにして、水のような液体冷媒を固定子巻線の流
路を通して循環することによって冷却作用における著し
い改善が得られ、また同様に回転子巻線流路を通って冷
却液を循環することによって更に実質的の改善が得られ
た。
水のような冷却液は軸の中心腔を通って犬型発電機の回
転子に供給されまたそれから排出され、それで液体に作
用する遠心力が最小である点において液体を供給排出す
ることによって封塞の問題を最小にできるようにしてい
る。
このように液体が軸を通って導入されると、液体は軸中
心孔から径方向通路を通って回転子の表面上にある環状
の分配室へ流れ、その分配室から適宜な管すなわち流体
的接続装置を経て、回転子巻線の複数の導体へ分配され
る。
回転子の複数の導体を通って流れた後、昇温された冷却
液は回転子の他端における類似した管および通路を通っ
て流れ、この他端において軸中心孔を通って排出される
か、あるいは排出されるために導入されたのと同じ端に
戻されうる。
このような装置の一般的な型は米国特許第3.733,
502号および第3,131,321号に示されている
水冷回転子についてのこのような型の構造では、回転子
巻線への電気的の接続が本質的に慣用の態様で行われて
いる。
すなわち、励磁機軸の対応する導体と連結されるために
、または直流励磁の他の源と接続されるために、軸内導
体が軸中心孔を通って軸の端まで延長している。
電機の内部で、縦方向の導線すなわち導体が回転子軸に
沿って回転子巻線から延長し、軸を貫通して軸内導体内
へ延長している立上り導体によって中心孔内の軸内導体
に接続されている。
この配置はその中で冷却液が機械内に持ち来たされかつ
なるべくそれから排出されている液冷回転子にとって非
常によく適したもので、導入排出がそこでは軸内導体上
にある程度の冷却効果がある軸中心孔を通って行われる
しかし、回転子巻線導体の液冷によって与えられる改善
の利点を完全に得るためには、巻線を立上り導体に接続
する縦方向の導線もまた冷却液の循環によって冷却して
、巻線導体の液冷で可能にされた最大の界磁電流をそれ
らの縦方向の導線にも流しうるようにするべきである。
立上り導体が比較的大寸法であるが故にそれの重要性が
幾分少いけれども、なるべく立上り導体もまたある程度
の附加的の冷却を行われるべきである。
前記米国特許3,733,502号に示されている構造
では立上り導体が回転子巻線に近く、巻線と冷却液分配
室との間に位置している。
したがってこの構造では縦方向導線が比較的短かく、か
つ冷却液をそれが巻線導体に供給されているのと同じ態
様で、冷却液管を通って縦方向導線に分配室から直接と
ることのできる場所で終っている。
しかし先に説明した型のものは、冷却液を同じ端から回
転電機内に導入しまた排出できるので、多くの場合に望
ましいものであるが、立上り導体が回転子巻線から遠く
離れていて、しかも分配室の反対側に在る。
それ放縦方向導線が比較的長く、冷却液分配室を越えて
延長させねばならず、前記米国特許第3.733,50
2号に示されている比較的簡単な直接冷却方式は使用で
きない。
従ってこの発明の目的は、以上に説明した2つの型の従
来装置の長所を損わずにそれらの欠点を無くし、液冷回
転子の回転子巻線への縦方向導線を有効に冷却できる回
転電機用回転子を提供することである。
この発明によると、2本の縦方向導線の各々が回転子の
軸部分の表面にあるスロットを通って回転子巻線から延
長し、環状の冷却液分配室の下を立上り導体寸で延長し
立上り導体は冷却液分配室に関して巻線と反対の側に位
置している。
分配室からの冷却液は冷却液管への絶縁した接続部を通
って、回転子巻線へ分配され冷却液管は分配室の巻線に
面した側において、分配室に接続されている。
この発明によると、各縦方向導線には冷却液管を経て冷
却液が供給され、冷却液管は分配室からその下にある回
転子表面内のスロットを通って他の管へ反対方向に延長
している。
この冷却液管は大体縦方向導線と平行に延長し、冷却液
を循環するために縦方向導線を貫通して延長する通路と
連通ずるように、立上り導体の近くにおいて導線の端近
くで導線と接続されている。
冷却液管はまた縦方向導線を流れる前または後で立上り
導体を通って冷却液を循環するようにも配置されうる。
このようにして、回転子巻線を外部の回路と接続してい
る導線を冷却するための比較的簡単でかつ有効な装置が
提供され、それで巻線導体自体の冷却液によってこれら
の導線が高い励磁電流を運びうろことを可能にしている
この発明は添附図面に関する以下の詳細な記載によって
さらによく理解されるであろう。
この発明を典型的な型の大型タービン発電機に使用する
ための液冷回転子に実施した例を図面に示しているが、
勿論この発明は所要の型の任意の回転電機に応用可能で
ある。
第1図において、実質的に気密な外函14内に位置する
固定子鉄心12を有する大型発電機10が示されている
固定子鉄心12は通常の積層板構造で、それを貫通する
大体円筒形の中心腔を有し、積層板は通常の態様で適宜
な端板15間に締付けられている。
固定子鉄心12はその内周に固定子巻線16を受入れる
多数の縦方向スロットを具え、巻線は任意適宜のすなわ
ち通常の型である。
巻線16は液冷巻線であるとして図示され、かつ円形の
導入および排出多岐管17が水のような冷Hpζ固定子
巻線のコイルを通って循環させるために機械の両端に設
けられている。
外函14は水素であるとよい冷却気体を満たされていて
、この気体は外函の内部を通って通常の態様で循環され
、任意所望の型の適宜なしやへい板が外函内のガス流を
導くように設けられうる。
機械は固定鉄心12の中心腔内に位置する回転子18を
備え、回転子は外函14の各端において端ブラケット1
9内で軸受装置によって支持されていて、軸受は任意適
宜の型でよいが外函からガスの漏れるのを防ぐグランド
封塞装置を具えているとよい。
第2図にさらに詳細に示しているように、回転子18は
、主体部分20と、この主体部分と一体であるのが望ま
しく、主体部分の両端から軸方向に延長している軸部分
21とを備えている。
主体部分20は回転子巻線22を受入れるために通常の
態様で周辺スロットを備えている。
発電機10の界磁巻線である回転子巻線22は回転子主
体部分20のスロット内に任意適宜の態様で配置される
が、通常は2極または4極の磁極を形成するような共心
の多ターンのコイルとして配置されている。
巻線22は回転子主体部分のスロットを通って縦方向に
延長する銅の導体からなり、導体は端ターン部24にお
いて大体円周方向に延長し、端ターン部24は主体部分
20の端を超えて横たわり、通常の態様で厚い保持環2
5によって回転力に対して支持されている。
第2図に見られる端ターン部24でわかるように、巻線
導体は中空で、それを貫通している中心通路を有し、こ
の中心通路を通って導体の一端から他端へ冷却液が流れ
うるけれども、導体と良好な熱交換関係にある他の流路
装置も勿論使用されうる。
任意適宜のすなわち任意所要の流れの模様が冷却液のた
めに使用されうるし、任意の所要の型の電気回路が使用
されうる。
水であるとよい冷却液は軸部分21の軸中心孔を通って
供給され、機械の同じ端で導入と排出の双方を行うのが
望ましい。
第2図に示すように、2つの同心の不銹鋼の管26,2
Bが軸部分21の軸中/○孔の軸心上にあって、管26
は水を導入する中心通路を形成し、管26と28とはそ
の間に水を排出するための環状通路を形成している。
冷却液は任意所要の態様で管26,2Bに供給されかつ
それらから排出される。
管26を通って機械内に入った冷却液は軸部分21内の
径方向通路30を通って、軸の表面上を巡って延長する
環状の分配室32に流れる従って、径方向通路30は、
冷却液分配室32に冷却液を供給する供給装置を構成し
ている。
通路30は不銹銅内張で内張すされているのが望ましく
、分配室32もまた不銹鋼で作られるが、任意適宜の耐
蝕性材料が使用されうる。
冷却液接続部33が主体部分20に対向する領土におい
て分配室32の壁に設けられている。
接続部33は径方向の対として配置され、分配室32の
周を巡って配置されているのが望ましい。
接続部33は絶縁ホースすなわち連結子34に取付けら
れ、次いで連結子は冷却液を回転子巻線に運ぶ不銹鋼の
冷却液管35に接続されている。
冷却液接続部33および連結子34は回転子表面上の一
体のフランジ36の間に置かれ、接続部を遠心力に対し
て支持するように、焼ばめその他で回転子上に固着され
ている環37によって所定位置に保持される。
このように、冷却液接続部33、連結子34および冷却
液管35は、巻線冷却用通路に冷却液を循環させる循環
装置を構成している。
冷却液管35を通って巻線22へ流れている冷却液は、
もし必要なら巻線導体を通って回転子の他端に流れ、第
2図に示したのと同様の環状室、径方向通路および軸中
心孔を通って排出されうる。
しかし、望ましい実施例では、冷却液は回転子の同じ端
に戻り、管35の他のものを通って環状の分配室32に
吐出される。
この配置では分配室32は内部の仕切によって導入部と
排出部とに分割されていて、排出される冷却液は径方向
通路30と類似した径方向通路を通って、機械から排出
されるために管26,28間の環状排出通路に流れる。
冷却液管35は回転子軸部分21の表面にあるスロット
38内に置かれ、巻線の端ターン部24の下を縦方向に
延長している。
冷却液管35はスロット38から径方向外向きに持ち出
され、任意所要の態様で個々の巻線導体に接続される。
先に記載したように、回転子巻線22は発電機10の界
磁巻線であって、外部の励磁源に接続されなければなら
ない。
この目的で軸内導体40が回転子軸部分21の軸中心孔
内に位置している。
導体40は絶縁された半管状の銅製導体であるとよく、
管内を流れる冷却液からある程度の冷却効果を得るよう
に、外側の不銹鋼の冷却液管28のまわりにおいて延長
している。
導体40は軸部分21の端(図示せず)まで延長し、そ
こで導体は励磁機の同様の導体に接続されるかあるいは
任意所要の外部の励磁源に接続されうる。
第2図に示すように、軸内導体40の各々はその他端に
おいて、立上り導体42に接続され、この導体はその端
近くで軸内導体40内にねじ込1れた太い銅のスタッド
であるのが望ましい、立上り導体42は軸部分21にあ
る適宜な開孔を貫通して適宜な絶縁覆い43(第4図)
によってそれから絶縁されている。
立上り導体42から回転子巻線22への電気的接続は縦
方向導線44によって与えられている。
唯1本の縦方向導線44が図示されているが、通常2個
のそのような導線が関連する立上り導体42および軸内
導体40と共に巻線のために設けられ、2本の導線は互
に回転子軸部分の直径上の反対側に位置するのが望まし
い。
このように、軸内導体40および立上り導体42は、縦
方向導線44を外部回路に電気的に接続する接続装置を
構成し、この接続装置と縦方向導線44とが巻線22に
電気的接続をする導体を構成している。
縦方向導線44の各々は冷却液を循環させるためにそれ
を貫通して延長する中心通路45を有する方形断面の銅
製導体であるのが望ましく、絶縁材46(第4図)で外
側を絶縁されている。
第2および5図に見られるように、縦方向導線44は回
転子軸部分21の表面にある縦方向に延長したスロット
47内に置かれ、スロットは導線を所定位置に保持する
くさび48によって閉鎖されている。
縦方向導線44はこのようにして立上り導体42の附近
から分配室32および巻線の端ターン部24の下を通っ
て回転子主体部分20まで軸方向に延長している。
縦方向導線44は主体部分で径方向外向きに曲げられ、
回転子主体部分の面にある凹部内を径方向に延長し、ボ
ルトその他で回転子に固着されている絶縁線抑え49に
よって凹部内に保持されるとよい。
縦方向導線44は接続部材50に接合され、接続部材は
端ターン部24内の巻線の第1すなわち最内側のコイル
の導線部51に接合されている。
接続部材50および導線部51は内部通路を有し、その
通路に縦方向導線44内の通路45が連通し、それで縦
方向導線44内を流れている冷却液は巻線導体内に流れ
、それ故巻線の一部分内を通って流れ、結局分配室32
に戻る。
導線部51または接続部材50は縦方向導線44への接
続に不利な応力を与えることなしに巻線導体の軸方向の
熱膨張および収縮を許すように、通常U形の形状にしう
ろことが理解されるであろう。
縦方向導線44の他端において、それはスロット47か
ら凹所52内に現われるが、凹所は第4図に示すように
、軸部分21上に平面を機械加工することによって形成
されたものである。
縦方向導線44はこの凹所内で太い接続条片53によっ
て立上り導体42に接続されるが、条片53はナツト5
4によるかまたは他の適宜な態様で立上り導体42に取
付けられている。
冷却液はこの凹所52内において縦方向導線44に供給
される。
この目的で、第6図に示すように、冷却液管56が回転
子軸部分21の表面にあってスロット47と大体平行に
延長している縦方向スロット57内に位置している。
管56の取付は取外しに便なように、管の端部58は軸
部分の表面にある凹所60内に位置する継手59によっ
て管56の主部に接続された別の部材として設けられう
る。
端部58はスロット57から径方向外向きに延長し、継
手61によって絶縁連結子34の一つに接続され、連結
子は端部に分配室32から冷却液を供給する。
管56の他端はスロット57から凹所52内へ現われ、
約90°曲げられて通路45と連通ずるように縦方向導
線44の端に接続され、通路45に冷却液を供給する。
管56は絶縁ブロック63でスロット57内に支持され
、スロットはくさび64で閉鎖されている。
縦方向導線44の端および管56は軸部分21にボルト
付けまたは他の方法で取付けられた締付型の絶縁支持部
材66で所定位置に支持され、支持部材66は回転力に
対して縦方向導線44と管56を堅固に支持する。
それ故、分配室32からの冷却液は絶縁連結子34の一
つを通って供給され、縦方向導線44と大体平行に流れ
、径方向導線に近いそれの端において導線の冷却液通路
に入るのがわかるであろう。
冷却液は次いで縦方向導線44を通って巻線22の冷却
液通路内へ流れる。
冷却液の流れの方向は上記と反対にもしうるもので、す
なわち冷却液は巻線22から縦方向導線44へ、そして
管56を通って、分配室32の吐出し部分に戻るように
もしうろことが理解されるであろう。
立上り導体42は比較的大きい断向積を持った銅のスタ
ッドで、それで長さ1インチ当りの銅損は縦方向導線4
4内の銅損より比較的小で、立上り導体を冷却するため
の特別な設備は常には必要でない。
しかし高定格の発電機においては立上り導体の冷却が必
要で第7および8図に示すような配置が使用できる。
この配置では、縦方向導線44および冷却液管56は上
記と同様であって、管56が縦方向導線44の反対側に
あって直接立上り導体42に延長している点を除けば、
上記と同じ態様で回転子軸部分のスロット内に配置され
ている。
立上り導体42はその内部に形成された中心孔70を具
え、冷却管72がこの孔70内に位置している。
冷却管72は第8図に示すように大体U形であり得、孔
70の底まで延長している。
冷却管72は支持ブロック74によって所要位置に保持
され、ブロックは図示のような形状にされ、孔70を実
質的に満たし、冷却管72を所定位置に堅固に保持する
支持ブロックは熱の良導体であるアルミニウムで作られ
るのが望ましく、銅製導体42より高い熱膨張係数を持
ち、それでブロック74と立上り導体42とのきっちり
した係合が確実にされ、導体から冷却管72を通って流
れる冷却水への熱の伝達のための良好な通路を提供して
いる。
この実施例における冷却液管56は直接U要冷却管72
の一端に接続され、それに冷却液を供給しあるいはそれ
から冷却液を排出する。
縦方向導線44は端部76を有し、これは図示のように
導線に向って直角に延長し、直接立上り導体42に連結
されている。
冷却管72の他端は縦方向導線44の端部76に連結さ
れ、その内部の軸方向の冷却液通路と連通し、それで冷
却液は冷却管72と縦方向導線44との間に流れるよう
になり、流れは先に記載したようにどちらの方向でもあ
りうる。
このようにして、立上り導体42にとって有効な冷却が
与えられ、冷却液管56は先に記載したように、冷却水
循環系統の一体となった部分として接続されている。
この発明によって、縦方向導線とこれを外部の回路に接
続している立上り導体との双方を具えた液冷式回転子巻
線のための有効な冷却装置が提供されていることが今や
明かになったであろう。
回転子巻線のための冷却液が導入と排出との双方を回転
子の同じ端で行う特定の実施例を示した。
しかし、この発明は冷却液が回転子の反対端から構成さ
れる装置にも同様に応用でき、あるいは図示と大体同じ
冷却装置を持ついかなる型にも応用可能であることが理
解されるであろう。
それ故冷却液は冷却装置の任意所望の型の一部でありう
る縦方向導線44および冷却液管56を通ってどちらの
方向にも流れうる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の回転電機用回転子部材の1実施例を
備えるタービン発電機の一部を縦断面図で示す部分側面
図、第2図は回転子の一端を拡大して示す縦断面図、第
3図は第2図の線■−■に沿う部分横断面図、第4図は
第2および5図の線IV−IVに沿う横断面図、第5図
は立上り導体附近の部分の回転子表面の部分平面図、第
6図は第4図の線VI−Vlに沿う縦断面図、第7図は
他の実施例を示す第5図とほぼ同様な平面図、第8図は
第7図の線■−■に沿う部分横断面図である。 10・・・・・・大型発電機、12・・・・・・固定子
鉄ノシ・、14・・・・・・気密な外函、16・・・・
・・固定子巻線、18・・・・・・回転子、19・・・
・・・端ブラケット、20・・・・・・回転子主体部分
、21・・・・・・回転子軸部分、22・・・・・・回
転子巻線、24・・・・・・端ターン部、25・・・・
・・保持環、26,28・・・・・・不銹鋼の管、30
・・・・・・径方向通路、32・・・・・・分配室、3
4・・・・・・連結子、35・・・・・・冷却液管、3
8・・・・・・スロット、40・・・・・・軸内導体、
42・・・・・・立上り導体、43・・・・・・絶縁覆
い、44・・・・・・縦方向導線、45・・・・・・中
心通路、46・・・・・・絶縁材、47・・・・・・ス
ロット、49・・・・・・線抑え、50・・・・・・接
続部材、51・・・・・・導線部、52・・・・・・凹
所、53・・・・・・接続条片、54・・・・・・ナツ
ト、56・・・・・・冷却水管、57・・・・・・縦方
向スロット、59・・・・・・継手、60・・・・・・
凹所、61・・・・・・継手、63・・・・・・絶縁ブ
ロック、70・・・・・・中心孔、 74・・・・・・支持ブロック。 72・・・・・・冷却管、

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 軸部分と、主体部分と、前記主体部分上に装架され
    、冷却液循環のための通路を持ち、導体からなる巻線と
    、前記軸部分を取巻く環状の冷却液分配室と、この冷却
    液分配室に冷却液を供給する供給装置と、前記冷却液分
    配室の前記主体部分に近い側から前記巻線の導体の前記
    通路に冷却液を循環させる循環装置と、前記巻線に電気
    的接続をする導体であって、前記巻線から前記冷却液分
    配室の他側まで軸方向に延ひ、冷却液循環用の通路を有
    する縦方向導線および前記冷却液分配室の前記他側で前
    記軸部分上に位置し、前記縦方向導線を外部回路に電気
    的に接続する接続装置を有する導体と、前記冷却液分配
    室の前記主体部に近い側で一端が前記冷却液分配室に連
    通し前記縦方向導線と大体平行に前記冷却液分配室の前
    記他側まで延長し前記接続装置に近い端で他端が前記縦
    方向導線に接続されて冷却液を前記縦方向導線内の通路
    に供給する冷却液管とを備えた回転電機用回転子。
JP50072790A 1974-06-17 1975-06-17 カイテンデンキヨウカイテンシブザイ Expired JPS5833780B2 (ja)

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JPS5112603A JPS5112603A (ja) 1976-01-31
JPS5833780B2 true JPS5833780B2 (ja) 1983-07-22

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JP (1) JPS5833780B2 (ja)
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CA (1) CA1019378A (ja)
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DE (1) DE2524818A1 (ja)
ES (1) ES438657A1 (ja)
FR (1) FR2275052A1 (ja)
GB (1) GB1457485A (ja)
IT (1) IT1041685B (ja)
SE (1) SE7506971L (ja)
SU (1) SU619128A3 (ja)

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