(57)【要約】【課題】発電機の空間を効率的に利用する。【解決手段】ケーシング主区分２０が巻線１１を備えた固定子１０を包囲し、巻線端部１１がケーシング末端区分２１に収容され、ケーシング末端区分２１及び／又はケーシング主区分２０に形成された円環状ダクト３６が底壁３９及び側壁３７を有し、少なくとも１つの壁部がケーシング末端区分２１の壁部と共通であり、共通の壁部を貫通した、発電機の軸線に向かって傾斜させられた、巻線端部１１に接続された第１の端部と、ダクト３６において終わった第２の端部とを有するブシュ３０が設けられ、ダクト３６に配置された周波数適応ユニット４０の整流器部分がそれぞれ、各ブシュの第２の端部に接続された入力端部を有しており、整流器部分４０のそれぞれの出力端部に陽極及び陰極収集リング３５がそれぞれ接続され、整流器部分４０が複数の発電機相と収集リング３５との間の整流接続を形成している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３又は４以上の相を備える水素冷却形発電機であって、該発電機が、巻線（１１）を備えた固定子（１０）を包囲するケーシング主区分（２０）と、ケーシング末端区分（２１）と、該ケーシング末端区分（２１）に収容された巻線端部（１１）とが設けられている形式のものにおいて、
前記ケーシング末端区分（２１）及び／又はケーシング主区分（２０）に形成された、底壁（３９）及び側壁（３７）を有する円環状ダクト（３６）が設けられており、少なくとも１つの前記壁部が、前記ケーシング末端区分（２１）の壁部と共通であり、
前記共通の壁部を貫通した、発電機の軸線に向かって傾斜させられた、前記巻線端部（１１）に接続された第１の端部と、前記ダクト（３６）において終わった第２の端部とを有するブシュ（３０）が設けられており、
前記ダクト（３６）に配置された周波数適応ユニット（４０）の整流器部分が設けられており、該整流器部分がそれぞれ、各ブシュの前記第２の端部に接続された入力端部を有しており、
前記整流器部分（４０）のそれぞれの出力端部にそれぞれが接続された陽極及び陰極収集リング（３５）が設けられており、
前記整流器部分（４０）が、前記複数の発電機相と前記収集リング（３５）との間の整流接続を形成していることを特徴とする、水素冷却形発電機。
【請求項２】
前記傾斜が、前記ブシュ（３０）が前記ケーシング主区分（２０）に向かって傾斜するようになっている、請求項１記載の発電機。
【請求項３】
前記ダクト（３６）の前記底壁（３９）の少なくとも部分が、前記ケーシング主区分（２０）と共通である、請求項１記載の発電機。
【請求項４】
周波数適応ユニット（４０）の前記整流器部分が、一連の接続された半導体を含む、請求項１記載の発電機。
【請求項５】
周波数適応ユニット（４０）の前記整流器部分が、前記ダクト内で水冷される、請求項１記載の発電機。
【請求項６】
前記ダクト（３６）が、少なくとも１つの開口（５１）を備えたカバーを有しており、前記開口を、冷却空気が、前記ダクト（３６）内に空気冷却を提供するために通過させられる、請求項１記載の発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発電機に関する。特に、本発明は、高出力半導体に基づく静止形周波数変換装置の周波数適応ユニットに接続された３又は４以上の相を備えた水素冷却形発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な発電機の構成において、電流は、巻線端部から、気体冷却形ケーシングに収容された相リングに搬送され、次いで、さらに、電流をケーシング壁部を通じて搬送するために使用されるブシュに接続されている。発電機の複数の相の周波数をグリッド周波数に変換するために、ブシュはさらに、別個の周波数適応ユニットを形成した半導体装置に接続されている。
【０００３】
発電機の軸方向全長を最小限にすることが望ましいので、ブシュは、ケーシングを通って半径方向外方へ延びるように配置されている。しかしながら、その結果は、半径方向の空間の非効率的な設計であり、この設計は、周波数適応ユニットに接続するための共通の箇所に通じる前にケーシングからさらに外方へ延びている、複雑なバスダクトを必要とする。
【０００４】
欧州特許第０７０７３７２号明細書に記載された、この問題に対する部分的な解決手段は、所要のブシュの数を著しく減じるために周波数適応ユニットの少なくとも一部を端部ケーシング内に配置し、これにより、より半径方向空間の効率的な設計を提供することである。しかしながら、この構成は不都合である。なぜならば、ケーシングにおける利用可能な空間が制限されているので、アクセスが不十分であり、構成部材を確認及び交換することを困難にしているからである。発電機が水素によって冷却される場合、さらなるアクセス制限が課せられ、この欠点を増長する。ケーシング内の周波数適応部材は、別の発電機構成部材に関連して冷却されることができるが、水素冷却形発電機においては、部材によって生ぜしめられる熱の量により、例えば脱イオン水によって、これらの部材を別個に冷却することが望ましい。しかしながら、水素で満たされたケーシングの内部でこれを行うことは、複雑さとコストを増大させる。さらに、周波数適応ユニットの部材が、例えば短絡によって故障した場合、これらの部材は爆発するおそれがある。これがケーシング内で生じると、著しい機械損傷が生じるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許第０７０７３７２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、従来技術において知られた欠点のうちの少なくとも幾つかを解決する、周波数適応ユニットを備えた水素冷却形発電機のための、空間を効率的に利用した構成を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題は、独立請求項の構成によって解決された。有利な実施形態は従属請求項に示されている。
【０００８】
本発明は、発電機ケーシングに形成された円環状ダクト内でブシュが終わるようにブシュを発電機軸線に向かって傾斜させるという一般的な概念に基づき、円環状ダクト内には、周波数適応ユニットの整流部が提供されている。
【０００９】
１つの態様において、本発明は、３又は４以上の相を備えた水素冷却形発電機を提供する。固定子を包囲したケーシング主区分と、巻線端部を収容するためのケーシング末端区分とを有する発電機は、
円環状ダクトが設けられており、この円環状ダクトは、末端ケーシング及び／又は主ケーシングに形成されておりかつ、底部と、側壁とを有しており、壁部のうちの少なくとも１つが、ケーシング末端区分と共通であり、
共通の壁部のうちの１つを貫通した、発電機軸線に向かって傾斜させられたブシュが設けられており、これらのブシュは、巻線端部に接続された第１の端部と、ダクト内で終わった第２の端部とを有しており、
ダクト内に配置された、周波数適応ユニットの整流部が設けられており、この整流部が、それぞれのブシュの第２の端部に接続された入力端部を有しており、
それぞれの整流部の出力端部にそれぞれが接続された、陽極収集リング及び陰極収集リングが設けられており、
周波数適応ユニットの整流部が、複数の発電機相と収集リングとの間の整流器接続配列を形成している。この配列は、半径方向空間効率の属性を依然として有しながら、完全な周波数適応ユニットへの十分なアクセスを提供するという利点を有する。なぜならば、この配列は、完全に外部の周波数適応ユニットを有する据付けによって特徴的に要求されるブシュの間の、長い多相ケーブルを必要としないからである。
【００１０】
発明の態様において、ブシュは、主ケーシング区分に向かって傾斜しており、依然として半径方向でコンパクトでありながら、発電機の全長を低減している。長さはさらに、主ケーシングと共通のダクト底壁を提供する態様においてさらに最適化される。
【００１１】
さらに別の態様において、ダクトに配置された整流部は水冷式である。この効率的な冷却手段は、端部ケーシングの外側における部分ユニットの配置によって可能にされる。
【００１２】
発明の別の態様は、１つ又は２つ以上の開口を備えた被覆されたダクトを提供し、この開口を冷却空気が流過させられ、水素で満たされた環境の同じ設計要求を有さない環境において、収集リングのための空気冷却を提供する。
【００１３】
発明の別の態様は、空間的な効率を特徴とする、ダクト内の様々な配列を提供する。このような配列は、ブシュの第２の端部が、２つ又は３つ以上の周方向の異なる列に配置されていること；収集リングが、２つ以上の層に配置されていること；収集リングが、２つ以上の互いに平行な積重ねに配置されていること、を含む。
【００１４】
本発明の別の目的は、従来技術の不都合及び欠点を克服又は少なくとも改善するか、又は有効な選択肢を提供することである。
【００１５】
本発明の別の目的及び利点は、添付の図面に関連した以下の詳細な説明から明らかになるであろう。図面において、例として、発明の実施形態が開示されている。
【００１６】
例えば、発明の実施形態は、添付の図面を参照しながら以下により詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態を示す水素冷却形発電機の端部の側方断面図である。
【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った端部側断面図である。
【図３】発明の１つの周波数適応ユニット回路構成である。
【図４】発明の１つの周波数適応ユニット回路構成である。
【図５】発明の１つの周波数適応ユニット回路構成である。
【図６】図１の線ＶＩ−ＶＩに沿った、ダクトの拡大断面図である。
【図７】ダクトの空気冷却を示す、図１のダクトの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
ここで、本発明の好適な実施形態が図面を参照しながら説明され、図面において同じ参照符号は全体を通じて同じ構成要素を示すために使用されている。以下の記述において、説明のために、発明の十分な理解を提供するために多数の特定の詳細が示されている。しかしながら、本発明の、これらの特定の詳細なしに実施されることができることが明らかであろう。
【００１９】
図１は、水素冷却形発電機に適用された発明の好適な実施形態を示しており、水素冷却形発電機は、ケーシング２０，２１の末端区分２１内に包囲された巻線端部１１を有している。ブシュ３０は、ケーシング２０，２１を貫通しており、巻線端部からケーシング２０，２１の壁部を通る電流伝動手段を提供している。共通の壁区分を形成するために、ケーシングと、ケーシング末端区分２１に形成された円環状ダクト３６との間に共有された壁区分３７，３９の貫通は、ブシュの端部がダクト３６内で終わるようになっている。これは、図１に示されているように、発電機の長手方向軸線に対して平行であるためのブシュ３０の傾斜によって、半径方向で空間の効率的な形式において達成される。傾斜は、垂直からずれたあらゆる角度であってよい、すなわち、半径方向から傾斜していてよく、好適には３０゜よりも大きい、最も好適には４５゜よりも大きく、９０゜を含み、最適な角度は、機械の長手方向寸法に対する影響を考慮しながら、半径方向寸法を減じることとの兼ね合いにより決定される。
【００２０】
別の実施形態において、同じ半径方向空間効率傾斜は、図１に示されているようにブシュの端部がケーシング２１の端部に向かって傾斜させられるのではなく、ケーシング主区分２０に向かって傾斜させられながら維持される。
【００２１】
ケーシング２０，２１の一部を形成する円環状ダクト３６は、好適には、電流を、ダクトから、例えばブシュ３０及び収集リング３５それぞれの端部に接続された周波数適応ユニット４０の端子盤及び整流部に伝導するための収集リング３５を冷却する手段を、保持、収容、保護及び提供する。好適には、円環状ダクトは、少なくとも１つの開放端部５１によって被覆されており、この開放端部には、冷却ダクトファン５０が配置されており、冷却空気を開口５１を通じてダクト３６内に送り込む１つの手段を提供している。ケーシング２０，２１におけるダクト３６の位置は、図１に示されているようにダクト３６が、ケーシング２０，２１に形成されたキャビティに配置されており、少なくとも底壁３９及び／又は側壁３７がケーシング２０，２１と共通であるような構成を有する。
【００２２】
別の実施形態において、ダクト３６は、底壁３９の少なくとも一部をケーシング主区分２０と共有するように、ケーシング主区分２０に少なくとも部分的に配置される。ブシュ３０の貫通を可能にするために少なくとも１つの壁部を末端ケーシングと共有する別の構成も考えられる。
【００２３】
周波数適応ユニット４０の整流器部分は、複数の適切な半導体配列を有しており、これらの半導体配列は、入力端部において、各ブシュの終わっている端部に接続されており、出力端部において、陽極及び陰極収集リング３５に接続されており、これらの収集リングは、絶縁スペーサ３４においてダクト内に取り付けられている。整流器ユニット４０は、発電機の複数の相と、収集リング３５の対との間の整流接続を提供する。幾つかの適切な配列の例が、図３〜図５に示されている。図３は、陽極収集リング３５に接続されたダイオードと、陰極収集リング３５に接続された別のダイオードとを有することによって、制御なしに単純な整流を提供する実施形態を示している。図４は、ダイオードの代わりに純粋なサイリスタを備えた実施形態を示しており、これにより、深刻な妨害の場合に迅速なスイッチオフを可能にしている。図５は、極性サイリスタ−ダイオード配列を示しており、この配列は、図４に示された実施形態の遮断性能を提供しないが、より安価な選択肢である。サイリスタの代わりに、その他の適切な半導体素子、例えばゲートターンオフサイリスタ又は絶縁されたゲート二極性サイリスタが使用されることができる。あらゆるこのような適切な半導体配列は、さらに又は択一的に、直列冗長（series redundancy）を提供するために、例えば図６に示されているように積層することによって、直列に接続された半導体から成っていてよい。
【００２４】
ダクトは好適には、開口５１を除いて支配的に閉鎖されており、開口において、図６に示されているように整流部４０及び収集リング３５のための冷却空気を提供するために、例えばファン５０によって空気が通過させられる。整流部４０の冷却をさらに補助するために、好適には、図６に示されているような冷却水システムが設けられており、この冷却水システムは冷却水パイプ４５を含み、この冷却水パイプ４５は、ダクト３６内に延びた供給パイプ４５ａ及び戻りパイプ４５ｂを含む。実施形態における冷却配列は、それぞれの整流器部分４０に接続されたマニホールド４７に冷却水を送るための、冷却水の供給ライン４５ａに接続された供給チューブ４６ａを有している。冷却水は、整流部を冷却するためにマニホールドから整流部４０の素子を通過させられ、その後、マニホールド４７及び戻りチューブ４６ｂを介して冷却水の戻りライン４５ｂに戻される。例えば冷却水パイプ４５の設計及び配置によって、ダクト３６におけるシールドが存在するならば、冷却水システムは、付加的に壁部を冷却するように適切に構成されることもできる。
【００２５】
ダクト３６がよりコンパクトに設計されることができるために、ダクトの壁部３７，３８，３９は好適には非磁性鋼から形成されている及び／又はダクト３６の壁部の内側に提供されたアルミニウム又は銅の付加的な導電性シールドを有している。このことは、壁部３７，３８，３９における渦電流損失を低減する。
【００２６】
発明は、最も実用的でかつ好適な実施形態であると考えられるものに関して説明されているが、発明の範囲内で逸脱が行われることができることが認識され、この逸脱は、ここで説明された詳細に限定されず、全ての同等の装置を含むように、添付された請求の範囲の全ての範囲に従う。
【符号の説明】
【００２７】
１０  固定子、  １１  巻線端部、  ２０  ケーシング主区分、  ２１  ケーシング末端区分、  ３０  ブシュ、  ３４  絶縁スペーサ、  ３５  収集リング、  ３６  円環状ダクト、  ３７  側壁、  ３９  底壁、  ４０  周波数適応ユニット、  ４５  冷却水パイプ、  ４５ｂ  戻りライン、  ４６ａ  供給チューブ、  ４６ｂ  戻りチューブ、  ４７  マニホールド、  ５０  冷却ダクトファン、  ５１  開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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