(57)【要約】      （修正有）【課題】フランジに発生する熱を放散する。【解決手段】冷却流体によって冷却され、かつフランジ１８、ステータ１２および端部ステータ１６を有する発電機１０内に冷却流体２０を案内するための邪魔板２４が設けられる。邪魔板２４は、冷却流体流れの第１の部分２８をフランジに向けて導き、冷却流体流れの第２の部分３０を端部ステータに向けて導くように構成される傾斜表面３６を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却流体によって冷却され、かつフランジ（１８）、ステータ（１２）、および端部ステータ（１６）を有する発電機（１０）内で冷却流体（２０）を案内するための邪魔板（２４）であって、前記邪魔板が前記冷却流体流れの第１の部分（２８）を前記フランジに向けて導き、前記冷却流体流れの第２の部分（３０）を前記端部ステータに向けて導くように構成される傾斜表面（３６）を有する邪魔板（２４）。
【請求項２】
前記発電機（１０）が外側スペースブロック（ＯＳＳＢ）（１４）をさらに含み、前記ステータ（１２）が複数の半径方向ダクト（３４）を有しかつ、
前記邪魔板が前記ＯＳＳＢを通る冷却流体（２０）の前記流れの量を制御するようにさらに構成される、請求項１記載の邪魔板（２４）。
【請求項３】
前記ステータ（１２）の前記半径方向ダクト（３４）内の冷却流体（２０）の逆流を防止するようにさらに構成される、請求項２記載の邪魔板（２４）。
【請求項４】
逆流発電機（１０）内での、請求項１記載の邪魔板（２４）。
【請求項５】
冷却流体流れを有する発電機（１０）であって、さらに、
フランジ（１８）と、
端部ステータ（１６）を有するステータ（１２）と、
前記冷却流体流れ（２６）の第１の部分（２８）を前記フランジに向けて導き、前記冷却流体流れの第２の部分（３０）を前記端部ステータ（１６）に向けて導くように構成される傾斜表面（３６）を有する邪魔板（２４）とをさらに備える、発電機（１０）。
【請求項６】
前記ステータ（１２）が複数の半径方向ダクト（３４）を有し、前記発電機が外側スペースブロック（ＯＳＳＢ）（１４）をさらに備え、かつ前記邪魔板（２４）が前記ＯＳＳＢを通る冷却流体（２０）の前記流れの量を制御するようにさらに構成される、請求項５記載の発電機（１０）。
【請求項７】
前記邪魔板（２４）が前記ステータ（１２）の前記半径方向ダクト（３４）内の冷却流体（２０）の逆流を防止するようにさらに構成される、請求項６記載の発電機（１０）。
【請求項８】
逆流発電機内の、請求項５記載の発電機（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発電機の冷却に関し、より詳しくは冷却ガスを案内し端部鉄心通風を改良するための邪魔板、およびそのような邪魔板を使用する発電機、およびそのような邪魔板を使用する発電機冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気を発生させる工程中、発電機は発電機から放散させなければならない熱も作り出す。多くの知られた発電機は、この熱を放散させるため流体冷却を使用する。多くの知られた発電機では、この流体はガスである。知られたガス冷却発電機は、冷却ガスをロータおよびステータ内のダクトを通り循環させる通風冷却システムによって冷却される。
【０００３】
いくつかの知られたガス冷却発電機では、ステータ鉄心は、ステータ打ち抜き板（ｓｔａｔｏｒ  ｐｕｎｃｈｉｎｇ）としても知られる磁気的積層板の多くの層を積み重ねることによって組立てられる。通風ダクトは、動作中鉄心を通る冷却ガスの通過を可能にするように、鉄心積み重ね内にスペーサを設けることによって磁気的積層板の積み重ねられた層間に画成される。このスペーサは、組立および動作中鉄心を確実に堅固にし、かつステータを通るガスの流れを封鎖または制限するのを避けるように位置決めされる。外側スペースブロックは、発電機ステータ鉄心の端部のところで、積み重ねられた積層板とステータフランジ１８の間に配置される。このステータの積層板の積み重ねられた層の間の通風ダクトを通る冷却ガス流れは、ロータ〜ステータ隙間内に流れ込みロータ〜ステータ隙間流れを画成する。
【０００４】
従来型の空冷発電機の定格が増大すると、これらの発電機の冷却の課題も増大する。発電機ステータ打ち抜き板は、発電機のステータ内で両側のステータフランジによって一緒に保持される。熱がステータの端部巻線からの電磁気的磁束および鉄心からの軸方向磁束の結果としてこれらのフランジに発生する。材料を考慮するとフランジの最高温度が制限される。適切な冷却が行われない場合、絶縁が役立たなくなり、発電機の故障に繋がる。
【特許文献１】米国特許第７０７１５８６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、フランジに発生する熱が冷却媒体内に放散できるように、フランジ冷却が必要となる可能性がある。しかしながら、外側スペースブロック（ＯＳＳＢ）を通る過剰な流れは発電機の全体性能を低下させ、外側ステータダクト内の逆流を生じさせる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様では、本発明のいくつかの構成は、冷却流体によって冷却され、かつフランジ、ステータおよび端部ステータを有する発電機内の冷却流体を案内するための邪魔板を提供する。この邪魔板は、冷却流体流れの第１の部分をフランジに向けて、冷却流体流れの第２の部分を端部ステータに向けて導くように構成される傾斜表面を有する。
【０００７】
別の態様では、本発明のいくつかの構成は、冷却流体流れを有する発電機を提供する。この発電機は、フランジと、端部ステータを有するステータと、冷却流体流れの第１の部分をフランジに向けて、冷却流体流れの第２の部分を端部ステータに向けて導くように構成される傾斜表面を有する邪魔板とを含む。
【０００８】
さらに別の態様では、本発明のいくつかの構成は、冷却流体流れ、フランジ、端部ステータを有するステータ、および傾斜邪魔板とを有する発電機を動作させる方法を提供する。この方法は、冷却流体流れ内の傾斜邪魔板を使用して冷却流体流れの第１の部分をフランジに向けて導くこと、および傾斜邪魔板を使用して冷却流体流れの第２の部分を端部ステータに向けて導くことを含む。
【０００９】
本発明のいくつかの形態はフランジおよびステータ鉄心の冷却を改善し、結果として発電機、特に逆流発電機（ｒｅｖｅｒｓｅ  ｆｌｏｗ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）内でのより良好な通風になるように設けることができることは理解されるであろう。発電機の全体効率も、この効率が通風効率の関数であるので増大する。結果として、最終使用者用の電気コストも減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本明細書で使用されるとき、単数で記載され、かつ単語「１つの（ａまたはａｎ）」で始まる要素またはステップは、そのような除外が明瞭に述べられていない限り、複数の要素またはステップを除外しないとして理解されるべきである。さらに、本発明の「一実施形態」への参照は、記載された特徴をやはり組み込んだ追加の実施形態の存在を除外するものとして解釈されるべきためのものではない。さらに、明瞭にそれとは反対に述べられていない限り、特定の特性を有する１つの要素または複数の要素を「備える」または「有する」実施形態は、その特性を有さない追加のそのような要素を含む場合がある。
【００１１】
いくつかの従来技術構造では、かつ図１を参照すると、ロータが全体的に１０に示されている。発電機ステータ鉄心１２は磁気的積層板の多くの層を積み重ねることによって組立てられている。通風ダクトは、鉄心積み重ね内にスペーサを設けることによって磁気的積層板の積み重ねられた層の間に画成され、動作中鉄心を通る冷却ガスの通過を可能にする。これらのスペーサは、組立および動作中鉄心を確実に堅固にするように配置されるが、ステータを通るガスの流れを封鎖し、または妨げてはならない。外側スペースブロック１４は発電機ステータ鉄心の端部に、フランジ１８に隣に破線で概略的に示すように、積み重ねられた積層板１６とステータフランジ１８の間に配置される。
【００１２】
図２および３を参照すると、ステータ端部巻線（図示せず）からの電磁気的磁束およびステータ鉄心１２からの軸方向磁束がステータフランジ１８に作用するとき、これらの磁束はフランジ１８の表面に相当な量の熱を発生させる。逆流発電機１０上の冷却媒体２０は、端部ステータ１６の打ち抜き板とステータフランジ１８の間の外側スペースブロック（ＯＳＳＢ）１４を通過する。冷却媒体２０の流れ２６は、他の流れと混合する前に端部ステータ１６およびステータフランジ１８の両方を冷却し、ファンを通り出ていく。（図３に最も良く見える）フランジ１８上のホットスポット２２は、ステータ巻線に最も近いフランジの内側半径表面で起きる可能性がある。ホットスポット２２の発生を避けるために、本発明のいくつかの構成は、冷却剤流れ２６の第１の部分２８をフランジ１８のホットスポット２２に向けて、かつ冷却剤流れ２６の第２の部分３０を端部ステータ１６に向けて偏向させる傾斜する邪魔板２４の追加をＯＳＳＢ１４を通る流れ通路に含む。傾斜邪魔板２４は、冷却剤流れ２６がステータ打ち抜き板の半径方向ダクト３４内で確実に逆転しないように、ＯＳＳＢ１４を通る冷却剤の流れ２６の量も制御する。
【００１３】
したがって、本発明のいくつかの構造は、冷却流体２０によって冷却され、かつフランジ１８、ステータ１２、および端部ステータ１６を有する発電機１０内に、冷却流体２０を案内するための邪魔板２４を提供する。邪魔板２４は、冷却流体流れ２６の第１の部分２８をフランジ１８に向けて、かつ冷却流体流れ２６の第２の部分３０を端部ステータ１６に向けて導くように構成される、傾斜する表面３６を有する。これらの構成のうちのいくつかでは、発電機１０は外側スペースブロック（ＯＳＳＢ）１４をさらに含み、ステータ１２は複数の半径方向ダクト３４を有し、邪魔板２４はさらにＯＳＳＢ１４を通る冷却流体２０の流れ２６の量を制御するように構成される。同様に、これらの構成のうちのいくつかでは、邪魔板２４はさらにステータの半径方向ダクト３４内の冷却流体の逆流を防止するように構成される。いくつかの構成での邪魔板２４は、逆流発電機１０内に設置される。
【００１４】
同様に、本発明のいくつかの構成は、冷却流体流れ２６を有し、かつさらにフランジ１８、端部１６を有するステータ１２、および冷却流体流れ２６の第１の部分２８をフランジ１８に向けて、かつ冷却流体流れ２６の第２の部分３０を端部ステータ１６に向けて導くように構成される傾斜表面３６を有する邪魔板２４とを備える発電機１０を提供する。これらの構成のいくつかでは、ステータ１２は複数の半径方向ダクト３４を有し、発電機１０はさらに外側スペースブロック（ＯＳＳＢ）１４を備え、かつ邪魔板２４はさらにＯＳＳＢ１４を通る冷却流体２０の流れ２６の量を制御するように構成される。同様に、いくつかの構造では、邪魔板２４はさらにステータ１２の半径方向ダクト３４内の冷却流体２０の逆流を防止するように構成される。いくつかの構造では、発電機１０は、逆流発電機である。
【００１５】
本発明のいくつかの構造では、冷却流体流れ２６、フランジ１８、端部１６を有するステータ１２、および邪魔板２４を有する発電機１０を動作させる方法が提供される。この方法は、冷却流体流れ内の傾斜邪魔板２４を使用して冷却流体流れ２６の第１の部分２８をフランジ１８に向けて導き、かつ傾斜邪魔板２４を使用して冷却流体流れ２６の第２の部分３０を端部ステータ１６に向けて導くことを含む。これらの構成のいくつかでは、冷却流体流れ２６の第１の部分２８を導くことは、冷却流体流れ２６の第１の部分２８をフランジ１８上のホットスポット２２に向けて導くことを含む。同様にこれらの構成のいくつかでは、ステータ１２は複数の半径方向ダクト３４を有し、発電機１０は外側スペースブロック（ＯＳＳＢ）１４をさらに備え、かつこの方法はＯＳＳＢ１４を通る冷却流体２０の流れ２６の量を制御するために邪魔板２４を使用することをさらに含む。同様に、いくつかの構成では、ＯＳＳＢ１４を通る冷却流体２０の流れ２６の量を制御するために邪魔板２４を使用することは、ステータ１２の半径方向ダクト３４内での冷却流体２０の逆流を防止することを含む。この方法構成のいくつかでは、発電機１０は逆流発電機である。
【００１６】
連成ＣＦＤモデルがステータ端部巻線区域の熱および流れ現象をシミュレートするために作り出された。本発明のモデル構成は、その領域の内側の流れおよび熱パラメータにおける強化のための基準線に対して調査された。傾斜邪魔板の追加は、結果としてセ氏３０℃のフランジでのホットスポット温度低下になった。
【００１７】
したがって、本発明のいくつかの形態は、フランジおよびステータ鉄心の冷却を改善し、結果として発電機、特に逆流発電機内でのより良好な通風になるように設けることができることは理解されるであろう。発電機の全体効率も、この効率が通風効率の関数であるので増大する。結果として、最終使用者用の電気コストも減少させることができる。
【００１８】
本発明を様々な特定の実施形態に則して説明してきたが、当業者は本発明が特許請求の範囲の趣旨内で改変して実施できることを理解するであろう。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来技術の空冷発電機設計の端部鉄心内の従来型の空気流れ分布を示す概略断面図である。
【図２】本発明の一実施形態で邪魔板がフランジに取り付けられたときの、発電機端部鉄心区域のところの空気流れ分布を示す概略断面図である。
【図３】図２の一部分の拡大図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０  逆流発電機または発電機
１２  ステータ
１４  外側スペースブロック（ＯＳＳＢ）
１６  端部ステータ
１８  フランジ
２０  冷却流体
２２  ホットスポット
２４  邪魔板
２６  冷却流体流れ
２８  第１の部分
３０  第２の部分
３４  半径方向ダクト
３６  傾斜表面
【図１】
2008061495.tif 000003
【図２】
2008061495.tif 000004
【図３】
2008061495.tif 000005