KR101004122B1 - 회전 전기 - Google Patents

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KR101004122B1
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시게키 도노스
겐고 이와시게
류이치로 이와노
미츠루 사에키
겐이치 핫토리
가즈히코 다카하시
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가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
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Abstract

본 발명은, 회전자의 계자 코일의 냉각성능을 확보하면서, 제작 비용의 저감화를 도모할 수 있는 회전 전기를 제공하는 것에 있다.
이를 위하여 회전자(3)의 코일 슬롯(22)의 바닥부측에, 축방향 냉각매체 통로가 되는 서브 슬롯(7)이 설치된다. 회전자의 계자 코일(8)에는, 서브 슬롯(7)과 에어갭(11)에 통하도록 회전자의 지름방향으로 형성된 레이디얼 냉각매체 통로(9)가, 회전자의 축방향으로 복수 병설되어 있다. 고정자(2)에는, 회전자측의 레이디얼 냉각매체 통로(9)에 대응한 위치에서 고정자의 내외주에 통하도록 고정자의 지름방향으로 형성된 레이디얼 냉각매체 통로(13)가 병설된다. 고정자및 회전자측의 레이디얼 냉각매체 통로(9, 13)는, 회전 전기의 지름방향 안쪽에 냉각매체의 흐름을 형성하는 왕로계 통로와, 지름방향 바깥쪽에 냉각매체의 흐름을 형성하는 복로계 통로로 구성되고, 이들 왕로계 및 복로계 통로가 서브 슬롯(7)을 거쳐 연통한다.

Description

회전 전기{ROTARY ELECTRIC MACHINE}
본 발명은, 터빈 발전기 등의 회전자(로터)를 냉각매체로 직접 냉각하는 통풍기구를 구비한 회전 전기에 관한 것이다.
일반적으로 터빈 발전기 등의 회전 전기에서는, 고정자(스테이터)나 회전자(로터)에 통풍 유로를 설치하고, 이 통풍 유로에 냉각매체인 공기나 수소를 순환시켜, 줄(Joule)손실이나 철손(鐵損) 등에 의해 발열하는 코일이나 철심(코어) 등을 냉각하는 구조가 알려져 있다.
회전자의 냉각방식에는, 냉각성능이 높기 때문에, 코일을 냉각매체와 접촉시켜 냉각하는 직접 냉각방식이 널리 사용되고 있으나, 회전 전기의 대용량화와 저비용화가 양립 가능한 구조가 요구되고 있다. 대용량화에 대해서는 회전 전기가 장축(長軸)화하는 경향에 있다.
회전 전기의 통풍기구의 대표적인 종래 구조에 대하여, 도 16 내지 도 19를 이용하여 설명한다.
도 16은, 레이디얼 플로우 냉각방식 회전자를 구비한 터빈 발전기의 일부를 나타내는 종단면 구성 개략도이다. 1은 터빈 발전기, 2는 고정자, 3은 회전자, 4 는 회전자축(샤프트)이다.
회전자축(4)의 끝부에 설치된 축류 팬(5)에 의하여, 터빈 발전기(1)의 각 부위에 송풍되는 냉각매체(흐름을 화살표로 표시)(6)가 발생한다. 회전자축(4)의 주위에는, 냉각매체(6)를 회전자(3) 내로 유도하기 위한 통풍 유로인 서브 슬롯(7)이 코일 슬롯의 하부에 회전자축(4)의 축방향을 따라 형성되어 있다. 서브 슬롯(7)의 위쪽에 형성된 코일 슬롯에 적층구조의 회전자용 계자 코일(통전도체)(8)이 설치된다. 적층구조인 계자 코일(8)에는, 서브 슬롯(7)으로부터의 냉각매체를 계자 코일(8)로 유도하기 위한 통풍 유로인 레이디얼 유로(구멍 : 레이디얼 냉각매체 통로)(9)가 회전자의 지름방향을 향하여 뚫려 있다. 레이디얼 유로(9)는, 회전자의 축방향으로 기설정된 간격을 두고 병설되고, 그것들의 토출구(10)가 회전자(3)의 외표면에 축방향으로 나란히 개구되어 있다.
고정자(2)의 내주면과 회전자(3)의 외주면 사이에는 에어갭(11)이 확보되어 있다.
고정자(2)의 철심(코어)(12)에는, 고정자(2) 내에 냉각매체(6)를 유도하기 위한 지름방향 통풍 유로(구멍)인 고정자 냉각 덕트(냉각매체 통로)(13)가 축방향으로 나란히 설치된다. 14는 고정자(2)의 통전도체인 고정자 코일이다. 15는 각 부위의 냉각에 의하여 승온한 냉각매체(6)를 냉각하기 위한 냉각기이다.
계자 코일(8)의 하나하나의 요소(적층 전)는, 띠판 형상의 통전도체(도시 생략)에 의해 형성되고, 축방향으로 복수의 통풍구멍을 가지며, 이 통전도체를 지름방향으로 복수매 적층하여 구성되고, 각 층의 통풍구멍이 연통됨으로써, 계자 코 일(8)의 축방향으로 복수의 레이디얼 유로(9)가 병설되는 구조로 되어 있다.
이들 복수의 레이디얼 유로(9)와 계자 코일(8)의 바닥부에 설치한 서브 슬롯(7)을 연통시킨다. 회전자(3)가 회전하면 축류 팬(5)의 밀어넣음 작용과 레이디얼 유로(9) 내의 원심력에 의한 펌프작용에 의하여 냉각매체(6)가, 서브 슬롯(7) 내로 유입한다. 또, 축류 팬(5)으로부터의 냉각매체의 일부는, 에어갭(11) 및 고정자 코일(14)의 끝부로 흐른다. 서브 슬롯(7) 내로 유입한 냉각매체(6)는, 회전자(3)의 축방향 중앙에서 축의 다른쪽 끝을 향하여 흐르면서 각 레이디얼 유로(9)에 차례로 분배된다. 이 냉각매체(6)에 의하여 각 레이디얼 유로(9)에서 계자 코일(8)을 냉각하고, 냉각매체는, 레이디얼 유로(9)의 개구(10)로부터 에어갭(11) 내로 토출된다. 그후, 냉각매체(6)는, 에어갭(11)에서 고정자 냉각 덕트(13) 내로 유입하여, 철심((12)이나 고정자 코일(14)을 냉각한 후, 고정자 코일(14)의 끝부를 냉각한 냉각매체(6)와 합류한다. 그 후, 각 발열부위의 냉각에 의하여 승온한 냉각매체(6)는, 냉각기(15)에 유입하여 강온되고, 축류 팬(5)으로 되돌아가는 일순(一巡)한 흐름을 형성한다.
레이디얼 플로우 냉각방식 회전자는, 예를 들면 일본국 특개평9-285052호 공보, 특개2005-210893호 공보, 특개평10-178754호 공보에 개시되어 있다.
레이디얼 플로우 냉각방식 회전자에서는, 동일한 도체를 지름방향으로 적층하면, 계자 코일(8) 내에 복수의 레이디얼 유로(9)를 형성할 수 있고, 회전자(2)의 제작성이 우수하여 저비용화를 도모할 수 있다는 이점이 있다. 한편, 서브 슬롯(7)을 흐르는 냉각매체(6)를 회전자(3)의 끝부에서 차례로 분배하면서 레이디얼 유로(9) 내로 유도하여 계자 코일(8)을 냉각하기 때문에, 유동저항이 커지는 중심부를 향할수록 냉각매체(6)의 유량이 저하하고, 계자 코일(8)의 온도가 중심부일수록 높아진다는 문제가 있었다. 그 때문에, 회전자(3)의 장축화가 곤란하여, 주로 100 MVA까지의 소용량기에 사용되고 있다.
이것에 대하여, 계자 코일(8)의 축방향 냉각성능을 똑같게 한 갭 픽업 사류 냉각방식 회전자가 있다(예를 들면, 일본국 특개2000-139050호 공보).
도 17은, 갭 픽업 사류 냉각방식 회전자를 구비한 터빈 발전기의 종단면 구성 개략도이다.
회전자(2)의 적층구조 타입의 계자 코일(8) 내에 V자형으로 천공된 경사 유로(16)가 형성되고, 그 경사 유로의 개구(17)가 회전자(2)의 외표면에 설치되어 있다. 18은 각 부위의 냉각에 의하여 승온한 냉각매체(6)를 냉각하기 위한 주냉각기, 19는 마찬가지로 보조 냉각기이다.
고정자(2)에는, 지름방향의 고정자 냉각 덕트(13)가 회전 전기의 축방향으로 나란히 설치되어 있다.
본 방식에서는, 냉각매체(6)가 고정자 냉각 덕트(13) 내를 지름방향의 안쪽으로 흐르는 리버스존(20)과, 지름방향의 바깥쪽으로 흐르는 포워드존(21)이 설정되어 있다.
계자 코일(8)은, 축방향으로 복수의 통풍구멍을 가진 도체(도시 생략)를 지름방향으로 복수매 적층하여 구성되고, 각 층의 통풍구멍이 연결됨으로써 계자 코일(8) 내에 경사 유로(16)가 형성되는 구조로 되어 있다. 또, 도체의 통풍구는, 회전자(3)의 둘레방향(지면방향)으로 2열 배치되고, 이것에 의하여 계자 코일(8) 내의 V자의 경사 유로(16)가 그물코 형상으로 형성되는 구조로 되어 있다.
축류 팬(5)에 의하여 밀어내진 냉각매체(6)는, 고정자 코일(14)의 끝부를 냉각한 후, 보조 냉각기(19)에 유입하여 일단 강온되고, 리버스존(20)의 각 고정자 냉각 덕트(13)에 유입하여, 철심(12)이나 고정자 코일(14)을 냉각하고, 에어갭(11)에 토출된다. 그 냉각매체(6)는, 회전자(3)의 외표면에 설치한 흡입구멍(개구)(17)으로부터 경사 유로(16)에 유도되고, 비스듬하게 안쪽으로 흘러 계자 코일(8)을 냉각한다. 그 후, 냉각매체(8)는, 계자 코일(8)의 바닥부에서 방향을 변환하여, 비스듬하게 바깥쪽으로 흘러 계자 코일(8)을 냉각하고, 토출구(개구)(10)로부터 에어갭(11)에 토출된다.
에어갭(11)에 토출된 냉각매체(6)는, 포워드존(21)의 각 고정자 냉각 덕트(13) 내로 유입하여, 철심((12)이나 고정자 코일(14)을 냉각한 후, 주냉각기(18)로 유입하여 강온되고, 축류 팬(5)으로 되돌아가는 일순(一巡)한 흐름을 형성한다.
여기서, 도 18, 도 19를 이용하여, 갭 픽업의 매카니즘에 대하여 설명한다.
도 18에서, (a)가 고정자 냉각 덕트(13)의 흡입구조, (b)가 그 토출구조이다.
28은 고정자 냉각 덕트(13)의 흡입 구멍(17)에 설치한 노치, 29는 덕트(13)의 토출구멍(10)의 하류부에 설치한 돌기, 31은 흡입구멍의 승압영역, 32는 토출구멍의 감압영역이다.
회전자(3)가 회전하면, 에어갭(11) 내에는 냉각매체(6)의 상대적인 둘레방향 흐름이 발생한다. 흡입구멍(17)에는, 회전자의 둘레방향으로 노치(28)가 설치되어 있기 때문에, 회전자(3)의 외주면 근방의 냉각매체(6)는, 흡입구멍(17)의 내벽면에 충돌하는 방향으로 유도되어, 내벽면에 근접함에 따라 정압(靜厭)이 회복하고, 흡입구멍(17)에는 승압영역(31)이 발생한다. 여기서, hi는 흡입구멍(17)의 노치(28)높이이다.
한편, 토출구멍(10)의 하류부에는 돌기(29)가 설치되어 있기 때문에, 냉각매체(6)의 둘레방향 흐름에 의하여 돌기 배면에 박리 소용돌이가 형성되고, 토출구멍(10)에는 감압영역(32)이 발생한다. 여기서, ho는 돌기(29)의 높이이다.
회전자에 설치한 경사 유로(16)를 흐르는 냉각매체(6)의 유량은, 이 흡배기의 압력차에 의존한다. 도 19에 유량(Q)과 압력상승(P)의 관계의 개략을 나타낸다. 도 19에서 실선이 Q-P 특성이고, 팬이나 펌프 등과 동일한 특성을 나타낸다. 한편, 도 19에서 파선으로 나타낸 것이, 흡입구멍(17)에서 토출구멍(10)까지의 냉각매체(6)의 압손 특성이고, 이것과 Q-P 특성의 교점이 동작점이 되어, 경사 유로(16) 내의 냉각매체(6)의 유량이 결정된다.
갭 픽업 사류 냉각방식 회전자에서는 회전자(3)의 외표면에 한 쌍의 흡입구멍(17)과 토출구멍(10)을 설치하고, 그 사이에 경사 유로(16)를 형성시킴으로써, 계자 코일(8)을 냉각하는 냉각매체(6)의 유량을 확실하게 확보하는 구조로 되어 있다. 경사 유로(16)를 축방향으로 반복한 구조이기 때문에, 계자 코일(8)의 축방향에 대하여 동일한 냉각성능을 실현할 수 있고, 회전자(3)의 장축화가 가능하여, 대용량화에 대응할 수 있다는 이점을 가진다. 한편, 그 유로구조의 복잡함으로부터 회전자(3)의 제작 공정수가 많고, 저비용화가 곤란하다는 문제가 있었다. 그 때문에 주로 500 MVA 이상의 대용량기에 사용되고 있다.
[특허문헌 1]
일본국 특개평9-285052호 공보
[특허문헌 2]
일본국 특개2005-210893호 공보
[특허문헌 3]
일본국 특개평10-178754호 공보
[특허문헌 4]
일본국 특개2000-139050호 공보
상기한 바와 같이 레이디얼 플로우 냉각방식 회전자에서는, 회전자의 축방향 중심부를 향할수록 냉각매체의 유량이 저하하여, 계자 코일의 냉각성능을 확보할 수 없게 되는 경향이 있다.
한편, 갭 픽업 사류 냉각방식 회전자에서는, 계자 코일 내에 복잡한 통풍구조를 구성하기 때문에, 회전자의 제작 공정수가 많아, 저비용화를 도모하는 것이 어렵다.
본 발명의 목적은, 회전자의 계자 코일의 냉각성능을 확보하면서, 제작 비용의 저감화를 도모할 수 있는 회전 전기를 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 회전자의 제작성이 양호하고, 또한 계자 코일의 냉각성능을 향상시키기 위하여 기본적으로는 다음과 같이 구성되는 회전 전기를 제안한다.
즉, 고정자와, 상기 고정자의 안쪽에 에어갭을 거쳐 배치되는 회전자를 구비하고, 상기 회전자는, 그 둘레방향으로 기설정된 간격을 두고 복수 설치된 코일 슬롯과, 상기 코일 슬롯 중에 설치되는 적층구조의 계자 코일을 가지는 회전 전기에 있어서, 상기 코일 슬롯의 바닥부측에는, 회전자의 축방향의 냉각매체 통로가 되는 서브 슬롯이 설치되고, 상기 회전자의 계자 코일에는, 상기 서브 슬롯과 상기 에어갭이 통하도록 회전자의 지름방향으로 형성된 레이디얼 냉각매체 통로가, 회전자의 축방향으로 복수 병설되고, 상기 고정자에는, 회전자측의 상기 레이디얼 냉각매체 통로에 대응한 위치에서 상기 고정자의 내외주에 통하도록 고정자의 지름방향으로 형성된 냉각매체 통로가 병설되고, 고정자측의 상기 냉각매체 통로 및 회전자측의 상기 레이디얼 냉각매체 통로는, 회전 전기의 지름방향 안쪽으로 냉각매체의 흐름을 형성하는 왕로(往路)계 통로와, 지름방향 바깥쪽으로 냉각매체의 흐름을 형성하는 복로(復路)계 통로로 구성되고, 이들 왕로계 및 복로계 통로가 상기 서브 슬롯을 거쳐 연통하고, 또한 상기 지름방향 안쪽의 흐름과 지름방향 바깥쪽의 흐름을 형성하기 위한 냉각매체 순환기구를 구비하는 것을 특징으로 한다.
예를 들면, 상기 냉각매체 순환기구는, 상기 왕로계 통로를 구성하는 고정자측의 냉각매체 통로, 상기 에어갭, 마찬가지로 왕로계를 구성하는 회전자측의 레이디얼 냉각매체 통로의 순으로 냉각매체를 상기 서브 슬롯으로 유도하는 냉각매체 이송기구와, 상기 복로계 통로를 구성하는 회전자측의 레이디얼 냉각매체 통로, 상기 에어갭, 마찬가지로 복로계를 구성하는 고정자측의 냉각매체 통로의 순으로 상기 서브 슬롯으로 유도된 냉각매체를 인출하는 냉각매체 인출기구를 구비하고, 상기 냉각매체 이송기구, 냉각매체 왕로계 통로, 서브 슬롯, 냉각매체 복로계 통로, 냉각매체 인출기구를 거쳐 냉각매체를 순환시키도록 구성한다.
이에 의하여 회전자 외표면으로부터 냉각매체를 흡배기시키고, 회전자의 레이디얼 유로 내에 냉각매체의 지름방향 안쪽 흐름과 지름방향 바깥쪽 흐름을 형성하여, 계자 코일을 축방향의 전체에 걸쳐 효율좋게 냉각하도록 하였다.
본 발명에 의하면, 레이디얼 플로우 냉각방식 회전자와 마찬가지로, 제작성 이 용이한 도체구조로 계자 코일 내에 복수의 통풍 유로를 구성할 수 있다. 또 지름방향 안쪽 흐름과 지름방향 바깥쪽 흐름의 통풍구조를 회전자 축방향으로 반복함으로써 계자 코일의 냉각성능을 손상하는 일 없이, 회전자의 장축화에도 대응할 수 있다. 그 때문에, 저비용으로 발전기 용량을 증대할 수 있다는 이점이 있다. 즉, 본 발명은 계자 코일의 냉각성능을 향상시키고, 발전기 용량을 증대시킨다는 목적을, 간단한 구조변경만으로 회전자의 제작성을 손상하지 않고 실현하였다.
이하, 본 발명의 각 실시예에 대하여 설명한다.
(실시예 1)
본 발명의 실시예 1에 대하여, 도 1 내지 도 4를 이용하여 설명한다.
도 1은, 실시예 1의 계자 코일의 일부를 나타내는 상세 구조도로서, (a)가 계자 코일(8)에 설치한 흡기측의 레이디얼 냉각매체 유로(9)와 서브 슬롯(냉각매체 축방향 유로)(7)를 나타내고, (b)가 배기측의 레이디얼 냉각매체 유로(9)와 서브 슬롯(7)을 나타낸 도면이다.
회전자(2)의 둘레방향에 기설정된 간격으로 복수의 코일 슬롯(22)이 설치된다. 이 코일 슬롯(22)의 외주측이 개구하고, 이 개구를 통하여 코일 슬롯(22) 내에 적층구조의 계자 코일(8)이 배치되어 있다.
적층 계자 코일(8)을 구성하는 띠형상의 도체(23)의 각 층 사이에는, 도체 사이를 전기적으로 절연하기 위한 절연재(24)가 개재되어 있다.
코일 슬롯(22)의 바닥부에, 축방향의 냉매유로가 되는 서브 슬롯(7)이 형성 되고, 이 위에 적층구조의 계자 코일(8)이 단차(7')에 의해 지지된 상태에서 계자 코일(8)이 코일 슬롯(22)에 배치된다. 계자 코일(8)과 코일 슬롯(22) 사이에는, 코일(8)을 지지하기 위한 코일 지지재(25)가 개재한다. 코일 슬롯(22)의 개구를 덮도록 고정되어 있는 웨지(26)는, 회전자의 원심력에 의한 계자 코일(8)의 어긋남을 방지하기 위한 고정재로서 기능한다.
27은 계자 코일(8)과 웨지(26)를 전기적으로 절연하기 위한 크리페이지 블록이다.
도 2는, 본 발명의 실시예 1에 사용되는 도체의 일부를 나타내는 평면도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 계자 코일의 도체(23)에는, 레이디얼 유로(9)를 형성하기 위한 통풍구멍(30)이 축방향으로 기설정된 간격을 두고 설치되어 있다.
도 3은 본 발명의 실시예 1의 회전 전기의 냉각구조를 구비한 터빈 발전기의 상부 절반의 종단면 구조 개략도이다.
도체(23)의 길이방향(회전자 축방향)으로 복수 배치된 통풍구멍(30)을 가지는 동일구조의 도체(23)를 코일 슬롯(22) 내의 지름방향으로 복수개 적층하여 계자 코일(8)을 구성하면, 계자 코일(8) 내에는 축방향으로 복수의 레이디얼 냉각매체 통로(이하, 「레이디얼 유로」라 한다)(9)가 형성된다.
회전자축(4)과 계자 코일(8)은, 주위의 코일 지지재(25)나 크리페이지 블록(27)에 의해 전기적으로 절연된다.
각 계자 코일(8)의 가장 바깥 둘레부에는, 냉각매체의 통로 요소가 되는 흡입구멍(17)이나 토출구멍(10)을 가진 웨지(26)가 코일 슬롯(22)을 덮도록 설치된 다.
각 웨지(26)는, 회전자축(4)에 고정된다. 또, 흡입구멍(17)에는 노치(28)가, 토출구멍(10)의 하류부에는 돌기(29)가, 각각 회전자의 둘레방향으로 설치된다.
회전자 코어에 설치한 코일 슬롯(22)의 하부, 즉 적층구조의 계자 코일(8)의 바닥부에 인접하여 회전자의 축방향 통풍 유로가 되는 서브 슬롯(7)이 확보되고, 이 서브 슬롯(7)과 계자 코일(8) 내의 복수의 레이디얼 유로(9)를 연통시킨다.
도 3에서의 회전자(3)에 형성되는 레이디얼 유로(9)와, 고정자(2)에 형성되는 냉각매체 통로(이하,「레이디얼 유로」라 한다)(13)는, 도 16에 나타내는 레이디얼 냉각방식과 마찬가지로, 각각 회전자(3)의 지름방향과 고정자(2)의 지름방향을 향하여 형성되고, 또 축방향으로 나란히 설치되어 있다. 단, 이들 레이디얼 유로(9, 13)는, 리버스존(흡입영역)(20)에 대응하는 냉각매체 유로와, 포워드존(토출영역)(21)을 형성하는 냉각매체 유로로 나누어지는 점에서 도 16도의 종래예와는 다르다. 또 리버스존(20)의 복수의 레이디얼 유로(9)와 포워드존(21)의 복수의 레이디얼 유로(9)를 서브 슬롯(7)으로 연통시킨 구조인 점이 다르다. 그리고, 이와 같은 구조적 특징을 만들기 위하여 다음과 같은 배려가 이루어져 있다.
도 3에서 회전 전기의 고정자(2)의 주위에는, 냉각매체의 리버스존(20)과 포워드존(21)을 회전 전기의 축방향으로 교대로 구획 형성하기 위한 고리형상 칸막이(100)부착 통형상 커버(내통)(101)가 설치된다. 통형상 커버(101)의 안쪽에 형성되는 리버스존(20)과 포워드존(21)은, 회전자의 외주와 협동하여 어느 것이나 고 리형상의 공간에 의해 형성된다. 또, 통형상 커버(101)에는, 리버스존(20)의 흡입구멍(201)과 포워드존(21)의 토출구멍(202)이 축방향으로 교대로 설치되어 있다. 각 흡입구멍(201)에는, 보조 냉각기(19)의 냉각매체 분배 덕트(203)가 접속되어 있다.
통형상 커버(101)의 바깥쪽에는, 회전 전기의 외각(外殼)이 되는 통형상 하우징(외통)(102)이 형성되고, 통형상 커버(내통)(101)와 통형상 하우징(외통)(102)과의 사이에 냉각매체의 순환통로(103)가 형성되어 있다. 통형상 커버(101)의 토출구멍(202)은, 순환통로(103)를 향하도록 설치되어 있다. 순환통로(103)는, 회전축(4)에 설치한 축류 팬(5)의 설치공간과 연통하고 있고, 또한 고정자(2)의 한쪽 끝에 설치한 냉각매체 컬렉터부(104)에 연통하고 있다. 이 냉각매체 컬렉터부(104)의 출구구멍(105)이 보조 냉각기(19)의 리턴 덕트(204)에 접속되어 있다. 순환통로(103)의 도중에 주냉각기(18)가 배치되어 있다.
축류 팬(5)과 덕트(203)와 칸막이벽(100)으로 왕로계 통로[리버스존(20)에 대응하는 냉각매체 통로]를 구성하는 고정자측의 레이디얼 유로(13), 에어갭(11), 마찬가지로 왕로계를 구성하는 회전자측의 레이디얼 유로(9)의 순으로 냉각매체를 서브 슬롯(7)에 유도하는 냉각매체 이송기구를 구성한다. 또, 축류 팬(5)과 칸막이벽(100)과 토출구멍(202)과 복로계 통로[포워드존(21) 대응하는 냉각매체 통로]를 구성하는 회전자측의 레이디얼 유로(9), 에어갭(11), 마찬가지로 복로계를 구성하는 고정자측의 레이디얼 유로(13)의 순으로, 상기 서브 슬롯(7)에 왕로계 통로를 거쳐 유도된 냉각매체를 인출하는 냉각매체 인출기구를 구성한다. 이들 일련의 냉 각매체의 통로에 의해 냉각매체의 순환유로가 형성된다. 즉, 냉각매체 이송기구(19), 왕로계 레이디얼 통로(13, 9), 서브 슬롯(7), 복로계 레이디얼 유로(9, 13), 냉각매체 인출기구(18)를 거쳐 냉각매체를 순환시키도록 구성되어 있다.
또한, 본 실시예에서는, 서브 슬롯(7)에서의 축류 팬(5) 근처에 칸막이판(40)을 배치하고 있다. 이것은, 서브 슬롯(7)의 레이디얼 안쪽 유로(흡기 통로)로부터 흘러 나오는 냉매유체의 합류 밸런스를 양호하게 유지하기 위하여 설치된 것이다.
상기 냉각매체의 유로구조를 가지는 본 실시예 1에서의 냉각매체(6)의 전체적인 흐름을, 도 3을 이용하여 설명한다.
축류 팬(5)에 의하여 압출된 냉각매체(6)는, 고정자 코일(14)의 끝부를 냉각한 후, 보조 냉각기(19)에 유입하여 일단 강온되고, 냉각매체 분배 덕트(203)를 거쳐 리버스존(20)의 각 고정자 레이디얼 유로(13)에 유입하여, 철심((12)이나 고정자 코일(14)을 냉각하고, 에어갭(11) 내로 토출된다. 그 냉각매체(6)는, 계자 코일(8)의 외주면의 흡입 구멍(17)으로 리버스존 대응의 각 레이디얼 유로(9)에 유도되고, 지름방향 안쪽 흐름에 의하여 계자 코일(8)을 냉각한다. 그 후, 냉각매체(6)는, 서브 슬롯(7)에서 합류하면서 축방향으로 흐르고, 또한 분기하면서 포워드존(21)에 대응한 각 레이디얼 유로(9)에 유입하여, 지름방향 바깥쪽 흐름에 의하여 계자 코일(8)을 냉각하고, 토출구멍(10)으로부터 에어갭(11)에 토출된다.
에어갭(11)에 토출된 냉각매체(6)는, 포워드존(21) 대응의 각 고정자 레이디얼 유로(13)에 유입하여, 철심((12)이나 고정자 코일(14)을 냉각한 후, 냉각매체 순환통로(103)를 거쳐 주냉각기(18)에 유입하여 강온되고, 축류 팬(4)으로 되돌아가는 일순한 흐름을 형성한다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예 1에 의하면, 레이디얼 플로우 냉각방식이면서, 갭 픽업의 리버스존 및 포워드존의 원리를 이용하여, 냉각매체(6)를 에어갭(11)으로부터 흡배기하고, 레이디얼 유로(9) 내의 지름방향 안쪽 흐름과 지름방향 바깥쪽 흐름에 의하여 계자 코일(8)을 냉각할 수 있다. 본 발명의 실시예 1에 의하면, 종래의 레이디얼 플로우 냉각방식 회전자와 동일한 구조로, 축방향의 각 레이디얼 유로(9)에 대하여, 대략 균일한 유량을 확보할 수 있어, 계자 코일(8)의 냉각성능을 향상할 수 있다.
도 4는 본 실시예 1에 의한 계자 코일(8)의 축방향 온도 분포를 종래의 레이디얼 플로우 냉각방식의 것과 비교한 도면이다.
도 4에서의 파선은, 종래기술의 레이디얼 플로우 냉각방식 회전자의 결과이고, 냉각매체(6)의 유량 저하에 의거하여 회전자의 중심부를 향할수록 온도 상승하고 있는 것을 이해할 수 있다.
이것에 대하여 본 실시예 1은 실선으로 나타내는 바와 같이 흡입영역(리버스존)과 토출영역(포워드존)에서 얼마간의 온도차가 생기고 있으나, 축방향에 대하여 대략 평균적인 온도 분포가 된다.
여기서 리버스존(20)에 대응한 계자 코일(8)의 영역을 흡입영역(지름방향 안쪽 흐름의 영역), 포워드존(21)에 대응한 계자 코일(8)의 영역을 토출영역(지름방향 바깥쪽 흐름의 영역)으로 한다. 토출영역에서는 상류측(흡입영역)을 냉각한 것 에 의한 냉각매체(6)의 온도 상승의 영향을 받기 때문에, 흡입영역에 비하여 계자 코일(8)의 온도가 상승한다. 또, 흡입영역과 토출영역의 경계위치에서는, 열전도 효과에 의하여 온도 구배가 완화된다. 그 때문에 계자 코일(8)의 축방향 온도 분포는 도 4에 나타내는 바와 같은 정현파적인 분포가 된다.
이상과 같이 본 실시예 1에 의하면, 계자 코일(8)의 축방향에 대하여 대략 똑같이 냉각할 수 있는 이점이 있다.
흡입구멍(17)을 구비한 레이디얼 유로(9)와 토출구멍(10)을 구비한 레이디얼 유로(9)를 축방향으로 반복된 구조로 함으로써 회전자(3)의 장축화가 가능하고, 대용량화에도 대응할 수 있다. 또, 종래의 레이디얼 플로우 냉각방식 회전자와 동일한 구조로 회전자(3)를 구성할 수 있고, 제작성이 양호하여 저비용화도 기대할 수 있다.
(실시예 2)
본 발명의 실시예 2에 대하여, 도 5 내지 도 8을 이용하여 설명한다.
도 7 및 도 8이 본 발명의 실시예 2의 냉각매체의 통로구조 중 고정자와 회전자에서의 통로부를 나타낸 것이다. 실시예 1과 다른 점은, 서브 슬롯(7)에 기설정된 간격으로 복수의 칸막이판(40)을 배치한 점이며, 이것 이외는 공통구조를 가지고 있다. 이 실시예 2에 앞서, 본 실시예를 채용하기에 이르는 이유를 도 5 및 도 6을 이용하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 계자 코일(8) 내 통풍유로[레이디얼 유로(9)]의 통풍저항을 나타낸 개략도이다.
도 5에서 33은 회전자의 흡입부(리버스존 대응 레이디얼 유로의 흡입부)의 통풍저항, 34는 레이디얼 유로부 통풍저항, 35는 굽힘부 통풍저항, 36은 서브 슬롯부 통풍저항, 37은 합류부 통풍저항, 38은 분기부 통풍저항, 39는 토출부 통풍저항(포워드존 대응 레이디얼 유로의 토출부)이다.
본 발명에서는, 실시예 1에서도 설명한 바와 같이 흡입영역의 복수의 레이디얼 유로(9)와 토출영역의 복수의 레이디얼 유로(9)를 서브 슬롯(7)으로 연통시킨 구조이다. 이와 같은 구조에서는 각 통풍 유로의 통풍저항의 정도에 따라서는 각 레이디얼 유로(9)의 냉매유량에 차이가 생길 가능성이 있다. 도 5에서는 흡입영역, 토출영역의 레이디얼 유로(9) 중, 각각 4유로(모두 8유로)의 부분에 착안하여 설명하고 있다.
여기서, 흡배기간 전체의 압손에 대하여, 레이디얼 유로(9)에 관한 손실이 지배적이면, 레이디얼 유로(9)의 구조가 모두 동일하기 때문에, 유량 배분이 균일하게 되는 것은 분명하다. 도 6에 각 부위의 통풍저항을 고려한 각 레이디얼 유로(9) 내에의 유량 배분의 계산결과 예를 나타낸다. 도 6은 서브 슬롯(7)에 관한 통풍저항을 무시하고, 균일 배분된 경우의 유량에 대한 상대값을 나타낸 결과이다. 여기서, 합류/분기에 관하여 서브 슬롯(7) 내의 축방향 흐름을 주류, 레이디얼 유로(9) 내의 지름방향 흐름을 지류로 하였다. 도 6에서 ○표가 주류와 지류의 유로 면적비를 크게 한 결과, □표가 유로 면적비를 작게 한 결과이다. 종래기술의 레이디얼 플로우 냉각방식 회전자에서는, 서브 슬롯(7)부에서의 압력손실을 적극 경감시켜 유량을 확보할 목적으로, 레이디얼 유로(9)에 비하여 서브 슬롯(7)의 유로 면 적을 크게 하고 있다. 그 종래기술과 같은 정도로 한 경우의 결과가 유로 면적비가 크고, 그 절반으로 한 경우의 결과가 유로 면적비가 작다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 서브 슬롯(7)에 관한 각 통풍저항을 고려하면 흡입영역 및 토출영역의 각 레이디얼 유로(9)에 유량 분포가 생긴다. 또, 그곳에서의 압력손실이 커질수록, 평균 유량도 저하한다.
도 7은 본 발명의 실시예 2이고, (a)가 터빈 발전기의 고정자 및 회전자부의 상부 절반의 종단면 구조개략도, (b)가 그 중의 서브 슬롯구조의 부분확대도이며, 칸막이판(40)을 장착하는 과정을 나타내고 있다.
칸막이판(40)은, 서브 슬롯(7) 내에 설치한 고정용 홈(41)에 끼워 넣어 설치된다. 이 칸막이판(40)은, 예를 들면 흡입존(리버스존) 대응의 레이디얼 유로(9)와 토출존(포워드존)대응의 레이디얼 유로(9)를 동일 수로 한 영역[도면에서는 각각의 존의 레이디얼 유로(9)가 4개씩으로 되어 있다]마다 서브 슬롯(7) 내를 칸막이한다.
실시예 2의 구조에 의하면, 다음의 이점이 있다.
실시예 1에서는, 서브 슬롯(7)과 대부분의 레이디얼 유로(9)가 칸막이없이 연통된 구조이기 때문에, 제작 오차에 의한 구조의 비대칭성이 있었던 경우, 유량분포의 영향이 전체 레이디얼 유로(9)에 파급될 가능성이 있다. 이것에 대하여 실시예 2의 구조에서는 흡입영역과 토출영역의 쌍에 맞추어, 서브 슬롯(7)부에 칸막이판(40)이 설치되어 있고, 칸막이판(40) 사이에서 독립된 통풍 유로 구성이 이루어진다. 그 때문에 레이디얼 유로(9) 내에 유량 분포가 생긴 경우에도 그 영향을 최소한으로 방지할 수 있는 이점이 있다.
또, 칸막이판(40)은 코일 슬롯 내에 계자 코일(8)을 격납하기 전에, 서브 슬롯(7) 내에 용이하게 설치할 수 있다.
도 8은, 본 발명의 실시예 2에 적용하는 칸막이판(40)의 변형예이고, (a)가 칸막이판(40)의 장착과정을 나타내고 있는 부분확대도, (b)가 설치개략도이다. 본 변형예에 의하면, 칸막이판(40)의 양면에 유체 가이드로서 기능하는 곡면을 설치하고 있기 때문에, 냉각매체(6)가 레이디얼 유로(9)로부터 서브 슬롯(7)에, 또는 서브 슬롯(7)으로부터 레이디얼 유로(9)를 향할 때의 굽힘부 통풍저항을 저감할 수 있는 이점도 있다.
(실시예 3)
본 발명의 실시예 3에 대하여, 도 9 및 도 10을 이용하여 설명한다.
도 9는 실시예 3을 구비한 터빈 발전기의 상부 절반의 고정자, 회전자부의 종단면 구조 개략도이다.
본 실시예에서는, 리버스존(20), 포워드존(21)에 대응하는 각각의 고정자 레이디얼 유로(13)의 수를 2개씩 단위로 교대로 배치하고, 회전자(3)측의 레이디얼 유로(9)의 배치도 고정자 레이디얼 유로와 동일한 배치로 한 구조이다. 본 발명의 실시예 3에 의하면, 지름방향 하향 흐름의 레이디얼 유로(9)와 지름방향 상향 흐름의 레이디얼 유로(9)를 서로 인접하게 하여 1쌍으로 대응시킬 수 있다.
그 때문에, 실시예 1에서 나타낸 바와 같은 서브 슬롯(7)부에서의 합류나 분기의 영향이 없어진다. 이에 의하여 흡입구멍(17)으로부터 토출구멍(10)까지의 통 풍저항을 경감할 수 있고, 레이디얼 유로(9) 내의 냉매매체(6)의 유량을 증대할 수 있다. 도 10에 본 발명의 실시예 3에 의한 계자 코일(8)의 축방향 온도 분포를 나타낸다. 지름방향 하향 흐름과 지름방향 상향 흐름을 다수 반복한 구조이기 때문에, 실시예 1에 비하여 요철의 주기가 짧아진다. 또, 냉매매체(6)의 유량을 증대할 수 있기 때문에, 최고 온도도 저하한다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예 3에 의하면 레이디얼 유로(9) 내의 냉매매체(6)의 유량을 증대할 수 있고, 계자 코일(8)의 온도를 더욱 경감할 수 있는 이점이 있다. 또, 분기나 합류가 없는 단일 유로 구조가 되기 때문에, 레이디얼 유로(9) 사이의 유량 불균일도 방지할 수 있고, 축방향에 대하여 계자 코일(8)을 균일하게 냉각할 수 있는 이점도 있다.
본 발명의 변형예로서, 흡입구멍(17)과 토출구멍(10)을 하나마다 교대로 배치한 궁극의 구조도 생각할 수 있다. 또, 서브 슬롯(7) 내에서의 인접하는 레이디얼 유로(9)와의 간섭을 방지하기 위하여 실시예 2에서 나타낸 바와 같은 서브 슬롯(7) 내에 칸막이판을 설치하는 구조도 생각할 수 있다.
(실시예 4)
본 발명의 실시예 4에 대하여, 도 11, 도 12를 이용하여 설명한다.
도 11은 갭 픽업의 Q-P 특성을 나타낸 도이고, (a)가 흡입구멍에 설치한 노치(28)의 높이(hi)를 파라미터로 한 경우, (b)가 토출구멍의 하류부에 설치한 돌기(29)의 높이(ho)를 파라미터로 한 경우의 특성이다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 노치 높이(hi)가 높을수록 흡입부에서의 승압 효과가 크고, 유량이 증대하는 경향에 있다. 또, 돌기 높이(ho)가 높을수록 토출부에서의 감압효과가 크고, 유량이 증대하는 경향에 있다. 본 발명의 실시예 4에서는, 이 특성을 구조에 반영한다.
도 12에 흡입부의 노치 높이(hi) 및 토출부의 돌기 높이(ho)의 축방향 분포를 나타낸다. 실시예 1에서 나타낸 구조에서, 각 레이디얼 유로(9) 내에 냉각매체의 유량 분포가 생기는 것이 예상되는 경우, 그것에 맞추어서 각 흡입부의 노치 높이(hi)나 각 토출부의 돌기 높이(ho)를 변화시킨다. 이와 같이 본 발명의 실시예 4에 의하면, 회전자(3)의 내부구조를 복잡화시키지 않고, 각 레이디얼 유로 내의 냉매유량을 균일화할 수 있어, 계자 코일을 균일하게 냉각할 수 있는 이점이 있다. 미리, 노치 높이(hi)나 돌기 높이(ho)를 바꾼 웨지를 규격품으로 하여 복수 준비하면 용이하게 대응할 수 있다.
본 발명의 변형예로서, 서브 슬롯(7)에서의 인접하는 레이디얼 유로(9)와의 간섭을 방지하기 위하여 실시예 2에서 나타낸 바와 같은 서브 슬롯(7) 내에 칸막이판을 설치하는 구조도 생각할 수 있다.
(실시예 5)
본 발명의 실시예 5에 대하여, 도 13, 도 14를 이용하여 설명한다.
도 13은 실시예 5를 구비한 터빈 발전기의 고정자, 회전자부의 상부 절반의 종단면 구조개략도이다.
이하, 본 실시예와 앞서 설명한 실시예와의 상위점만을 설명한다.
본 실시예에서는, 리버스존(20)과 포워드존(21) 내의 고정자 레이디얼 유 로(13)의 수를 다르게 하고, 그것에 맞추어서 회전자(3)의 흡입영역(리버스존 대응)과 토출영역(포워드존 대응) 내의 레이디얼 유로(9)의 수를 축방향으로 다르게 한 구조이다.
즉, 도 13에서는 지름방향 하향 흐름이 되는 왕로계 레이디얼 유로(9)와 지름방향 상향 흐름이 되는 복로계 레이디얼 유로(9)를, 점선으로 나타내는 구획으로 보면, 회전자의 축방향의 중앙영역에서는, 지름방향 하향이 되는 레이디얼 유로(9)가 4개, 그것에 대응하는 지름방향 상향 흐름의 레이디얼 유로(9)가 2개가 되는 구조를 예로 나타내었다.
본 구조에 의하면, 토출영역(복로계)에서의 레이디얼 유로(9) 내의 냉각매체(6)의 단위 시간당의 유량은, 그 유로수가 흡입영역(왕로계)에 비하여 1/2이 되기 때문에, 그것에 반비례하여 흡입영역에 비하여 2배가 된다. 그 때문에 토출영역(복로계) 레이디얼 유로(9)에서는, 냉각매체(6)의 속도증대에 의하여 흡입영역(복로계) 레이디얼 유로(9)보다 열전달율을 증대할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 토출영역에서는, 상류측(흡입영역)을 냉각한 것에 의한 냉각매체(6)의 온도 상승의 영향을 받기 때문에, 흡입영역에 비하여 계자 코일(8)의 온도가 상승하는 경향이 있다.
그러나, 본 실시예 5에 의하면, 토출영역에서의 열전달율 증대에 의하여 계자 코일(8)의 냉각성능을 향상할 수 있다. 도 14에 본 발명의 실시예 5에 의한 계자 코일(8)의 축방향 온도 분포를 나타낸다. 토출영역에서의 냉각성능을 향상한 구조이기 때문에, 실시예 1에 비하여 최고 온도가 저하한다.
도 15는, 본 실시예 5의 변형예이다. 본 실시예에서는, 계자 코일(8)의 각 도체(23)에 설치한 통풍구멍(30)의 수를, 흡입영역(왕로계)과 토출영역(복로계)과의 레이디얼 유로에 대응하는 부위에서 바꾼 구조이다. 즉, 도 15에서는 흡입영역의 통풍구멍(30)과 토출영역의 통풍구멍(30)의 수를 1 : 2로 한 구조예를 나타내고 있다.
이와 같은 구조로 하기 위하여, 흡입영역과 토출영역의 레이디얼 유로(9)의 수가 회전자의 둘레방향에서 다르게 하였다. 본 구조에 의하면, 흡입영역에 비하여 토출영역에서의 전열 면적은 2배가 된다. 한편, 토출영역의 단위 시간당의 유량(유속)은 반감한다. 흐름이 난류(亂流)인 경우, 열전달율은 속도의 0.8승에 비례하기 때문에, 유량이 반감한 경우, 열전달율은, 약 57%로 저감한다. 그러나 전열면적이 2배가 되기 때문에, 흡입영역보다 토출영역에서의 냉각성능을 향상할 수 있게 된다.
이상과 같이, 본 실시예 5에 의하면 지름방향 하향 흐름의 흡입영역에 비하여 지름방향 상향 흐름의 토출영역에서의 냉각성능을 향상할 수 있고, 계자 코일의 최고 온도를 경감할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 변형예로서, 서브 슬롯(7) 내에서의 인접하는 레이디얼 유로(9)와의 간섭을 방지하기 위하여, 실시예 2에서 나타낸 바와 같은 서브 슬롯(7) 내에 칸막이판을 설치하는 구조도 생각할 수 있다.
고정자와 회전자를 구비한 회전 전기이면, 터빈 발전기에 한정하지 않고, 회 전자를 본 발명의 구조로 함으로써, 장축화에 의한 대용량화와 저비용화를 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에서 사용하는 회전자의 계자 코일 상세구조를 나타낸 부분사시도,
도 2는 실시예 1에서의 계자 코일의 요소가 되는 도체의 구조를 나타낸 부분평면도,
도 3은 실시예 1에서의 터빈 발전기 전체의 상부 절반의 부분적인 종단면도,
도 4는 실시예 1의 계자 코일 축방향 온도 분포를 종래예와 비교하여 나타낸 설명도,
도 5는 계자 코일 내 통풍유로의 통풍저항을 나타낸 설명도,
도 6은 레이디얼 유로 내의 유량 배분의 계산결과를 나타낸 설명도,
도 7(a)는 본 발명의 실시예 2에서의 고정자와 회전자의 상부 절반을 나타내는 부분적인 종단면도,
도 7(b)는 본 실시예에 사용하는 칸막이판을 서브 슬롯에 장착하는 과정을 나타내는 사시도,
도 8은 본 실시예 2의 서브 슬롯부 구조 개략을 나타낸 설명도,
도 9는 본 발명의 실시예 3에서의 고정자와 회전자의 상부 절반의 부분적인 종단면도,
도 10은 실시예 1과 실시예 3의 계자 코일 축방향 온도 분포를 나타낸 설명도,
도 11은 실시예 3에서 갭 픽업의 유량-압력특성을 나타낸 설명도,
도 12는 본 발명의 노치와 돌기 높이 축방향 분포를 나타낸 설명도,
도 13은 본 발명의 실시예 5에서의 고정자와 회전자의 상부 절반의 종단면도,
도 14는 본 실시예 5의 계자 코일 축방향 온도 분포를 나타낸 설명도,
도 15는 본 실시예의 변형예를 나타내는 도체의 구조를 나타낸 평면도,
도 16은 종래예의 레이디얼 플로우 냉각방식 회전자를 구비한 터빈 발전기의 상부 절반을 나타내는 종단면도,
도 17은 종래예의 갭 픽업 사류 냉각방식 회전자를 구비한 터빈 발전기의 상부 절반을 나타내는 종단면도,
도 18은 갭 픽업의 원리를 나타낸 설명도,
도 19는 갭 픽업의 유량-압력특성을 나타낸 설명도이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 터빈 발전기 2 : 고정자(스테이터)
3 : 회전자(로터) 4 : 회전자축(샤프트)
6 : 냉각매체 7 : 서브 슬롯
8 : 계자 코일
9 : 레이디얼 유로(지름방향 냉각매체 통로)
10 : 토출구멍 11 : 에어갭
13 : 고정자 냉각 덕트 17 : 토출구멍
18 : 주냉각기 19 : 보조 냉각기
20 : 리버스존 21 : 포워드존
22 : 코일 슬롯 26 : 웨지
28 : 노치 29 : 돌기
40 : 칸막이판

Claims (11)

  1. 고정자와, 상기 고정자의 안쪽에 에어갭을 거쳐 배치되는 회전자를 구비하고,
    상기 회전자는, 그 회전자 철심의 둘레방향으로 기설정된 간격을 두고 복수 설치된 코일 슬롯과, 상기 코일 슬롯 중에 설치되는 적층구조의 계자 코일과, 상기 코일 슬롯의 개구부를 덮는 웨지를 가지는 회전 전기(回轉電機)에 있어서,
    상기 코일 슬롯의 바닥부측에는, 상기 회전자의 축방향의 냉각매체 통로가 되는 서브 슬롯이 설치되고,
    상기 회전자의 계자 코일 및 상기 웨지에는, 상기 서브 슬롯과 상기 에어갭에 통하도록 회전자의 지름방향으로 형성된 레이디얼 냉각매체 통로가, 회전자의 축방향으로 복수 병설되고,
    상기 고정자에는, 회전자측의 상기 레이디얼 냉각매체 통로에 대응한 위치에서 상기 고정자의 내외주에 통하도록 고정자의 지름방향으로 형성된 냉각매체 통로가 병설되고,
    고정자측의 상기 냉각매체 통로 및 회전자측의 상기 레이디얼 냉각매체 통로는, 회전 전기의 지름방향 안쪽으로 냉각매체의 흐름을 형성하는 왕로계(往路系) 통로와, 지름방향 바깥쪽으로 냉각매체의 흐름을 형성하는 복로계(復路系) 통로로 구성되고, 이들 왕로계 및 복로계 통로가 상기 서브 슬롯을 거쳐 연통되되, 고정자측 및 회전자측 양쪽의 왕로계 통로의 존(zone)을 회전자 축방향으로 일치시키고, 고정자측 및 회전자측 양쪽의 복로계 통로의 존도 회전자 축방향으로 일치시키며,
    또한, 상기 서브 슬롯과 협동하여 상기 레이디얼 냉각매체 통로의 왕로계 통로의 상기 지름방향 안쪽의 흐름과, 복로계 통로의 지름방향 바깥쪽의 흐름을 형성하기 위한 냉각매체 순환기구를 구비하고,
    상기 웨지 중 상기 왕로계 통로의 일부가 되는 웨지에 설치한 냉각매체의 통로의 개구에는, 냉각매체의 정압(靜厭) 상승영역을 발생시키기 위한 노치가 형성되고,
    상기 웨지 중 상기 복로계 통로의 일부가 되는 웨지에 설치한 냉각매체의 통로의 개구 둘레 가장자리에는, 냉각매체의 정압 저하영역을 발생시키기 위한 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 전기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각매체 순환기구는,
    상기 왕로계 통로를 구성하는 고정자측의 냉각매체 통로, 상기 에어갭, 마찬가지로 왕로계를 구성하는 회전자측의 레이디얼 냉각매체 통로의 순으로 냉각매체를 상기 서브 슬롯으로 유도하는 냉각매체 이송기구와,
    상기 복로계 통로를 구성하는 회전자측의 레이디얼 냉각매체 통로, 상기 에어갭, 마찬가지로 복로계를 구성하는 고정자측의 냉각매체 통로의 순으로, 상기 서브 슬롯으로 유도된 냉각매체를 인출하는 냉각매체 인출기구를 구비하고,
    상기 냉각매체 이송기구, 냉각매체 왕로계 통로, 서브 슬롯, 냉각매체 복로계 통로, 냉각매체 인출기구를 거쳐 냉각매체를 순환시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 회전 전기.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 계자 코일에 설치된 회전자측의 상기 레이디얼 냉각매체 통로를, 상기 레이디얼 냉각매체 통로의 축방향과 지름방향의 2차원 단면으로 나타내면, 상기 레이디얼 냉각매체 통로는, 상기 회전자의 중심축에 대하여 수직의 위치관계를 가지고 배치된 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 회전 전기.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 웨지에 형성되는 상기 노치 및 상기 돌기 중의 적어도 한쪽의 높이가, 회전자의 축방향으로 복수 병설되는 상기 레이디얼 냉각매체 통로의 축방향의 위치에 따라 바뀌어 있는 것을 특징으로 하는 회전 전기.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 왕로계 통로를 구성하는 고정자측의 냉각매체 통로 및 회전자측의 레이디얼 냉각매체 통로의 수와, 상기 복로계 통로를 구성하는 고정자측의 냉각매체 통로 및 회전자측의 레이디얼 냉각매체 통로의 수가, 다르게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 전기.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 왕로계 통로를 구성하는 고정자측의 냉각매체 통로 및 회전자측의 레이디얼 냉각매체 통로의 수, 상기 복로계 통로를 구성하는 고정자측의 냉각매체 통로 및 회전자측의 레이디얼 냉각매체 통로의 수는, 각각 회전자의 축방향의 기설정된 구획에서, 그 구획마다 축방향에 따라 다르게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 전기.
  9. 제 1항에 있어서,
    고정자측에 설치한 상기 냉각매체 통로 및 회전자측에 설치한 상기 레이디얼 냉각매체 통로 중 적어도 한쪽에 대하여, 회전자의 축방향의 위치에 따라 회전자의 둘레방향의 수가 다르게 구성한 것을 특징으로 하는 회전 전기.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 서브 슬롯 내에 냉각매체의 축방향 흐름을 구획하는 칸막이판을 복수설치한 것을 특징으로 하는 회전 전기.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 칸막이판은, 그 표면에, 냉각매체가 상기 회전자의 상기 레이디얼 냉각매체 통로로부터 상기 서브 슬롯의 축방향으로 흐름을 바꿀 때 또는 그 반대의 방향으로 흐름을 바꿀 때의 방향 변환을 원활하게 하기 위한 곡면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 전기.
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