(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線を挿入するための複数のスロットが半径方向に形成された電磁鋼板を所定枚数積層して形成した複数のコアと、該複数のコア間に所定の間隔を置いて配設したダクトピースを備え、前記複数のコアを前記ダクトピースを介して積層してなる回転電機の固定子において、
前記ダクトピースは、前記積層されたコアのスロット間に所定の間隔を置いて複数本配置し、配置した複数本のダクトピースの内径側端部の巻線に隣接する側はテーパ形状に形成され、かつ前記複数本のダクトピースのうち、回転子の回転方向の下位に位置するダクトピースの内径側端部は、上位に位置するダクトピースの内径側端部よりも外径側に配置されたことを特徴とする回転電機の固定子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば水車発電機、タービン発電機等の回転電機の固定子に係り、特にダクトピースを用いて通風ダクトを形成し、固定子鉄心及び固定子巻線の冷却能力を向上した回転電機の固定子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転電機は、一般には固定子と回転子から構成されている。固定子は、電磁鋼板を積層して形成したコアのスロットに固定子巻線を挿入し、さらにスロット入口にウェッジを挿入して上記固定子巻線を固定子に固定することにより形成している。上記コアは、複数の鋼板を積層する毎にダクトピースと呼ばれるスペーサを放射状に少なくとも１本以上挿入して、冷却風の通路となる通風ダクトを確保している。このダクトピースには端部が角形のＩ型鋼や角鋼が用いられている。
【０００３】
図７は、従来技術による回転電機の固定子の構造を示したものである。図において、１は複数の電磁鋼板を積層したコア、２はコア１に形成したスロットに挿入した巻線、３は巻線２を固定するウエッジ、４は、内径側から外径側に放射状に配置され、溶接によってコア１に固定されるダクトピース、５はダクトピース４により形成される通風ダクト、６はスロットである。コア１は所定枚数積層された電磁鋼板相互間にダクトピース４を挟んで積層する。このようにして形成した積層体は図示されていないクランピングプレートを介してボルト締めされる。
【０００４】
図において、図示されていない回転子が矢印Ｄ方向に回転すると、回転子に押された空気が通風ダクト５を流通し、通風ダクト５間にあるコア１及び巻線２を冷却する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年電力需要の増大に伴って、回転電機は高電圧化、大容量化し、運転中に巻線から発生する熱量も大きくなってきている。このため回転電機を効率よく冷却することが重要となっている。
【０００６】
ところが、従来技術に示すように、通風ダクト５入口において、ダクトピース４の端部形状が角形であると、通風ダクト５入口での通風抵抗が大きくなり冷却風が通風ダクト５内に入りにくいという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、ダクトピースの通風ダクト入口での形状およびその配置を最適化して、通風性能を向上させ、回転電機の固定子の小型化を図ることを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、次のような手段を採用した。
【０００９】
巻線を挿入するための複数のスロットが半径方向に形成された電磁鋼板を所定枚数積層して形成した複数のコアと、該複数のコア間に所定の間隔を置いて配設したダクトピースを備え、前記複数のコアを前記ダクトピースを介して積層してなる回転電機の固定子において、前記ダクトピースは、前記積層されたコアのスロット間に所定の間隔を置いて複数本配置し、配置した複数本のダクトピースの内径側端部の巻線に隣接する側はテーパ形状に形成され、かつ前記複数本のダクトピースのうち、回転子の回転方向の下位に位置するダクトピースの内径側端部は、上位に位置するダクトピースの内径側端部よりも外径側に配置されたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
はじめに、本発明の第１の実施形態に係る回転電機の固定子について図１〜図５を用いて説明する。
【００１３】
図１は本発明の各実施形態に係る回転電機の固定子構造の斜視図である。
【００１４】
図において、１は複数の薄い電磁鋼板を積層したコア、２１，２２はコア１に形成したスロットに挿入された巻線、３は巻線２１，２２を固定するウエッジ、４１，４２は、内径側から外径側に放射状に配置され、溶接によってコア１に固定されるダクトピースであって、Ｉ形鋼や角鋼が用いられる。５はダクトピース４１，４２により形成される通風ダクト、６１，６２は巻線２１，２２を収容するスロットである。コア１は電磁鋼板を所定枚数積層毎にダクトピース４１，４２を挟んで積層され、積層されたコア１全体はクランピングプレート７によってボルト締めされる。
【００１５】
図２は図１のＡ−Ａから見た断面図である。
【００１６】
図において、４１１，４２１はそれぞれダクトピース４１，４２の内径側端部のテーパ面、矢印Ｂは図示されていない回転子の回転方向を示し、矢印Ｃは回転子の回転によって発生する冷却風の流れる方向を示す。なお、図２に示すその他の構成は図１に示すものと同一であるので説明は省略する。
【００１７】
通常、通風ダクト５に配置されるダクトピース４１，４２の内径側端部形状およびダクトピース４１，４２の取付位置は冷却性能、特に巻線２１，２２の冷却性能に大きく影響する。
【００１８】
そのため、本実施形態では、図２に示すように、通風ダクト５入口におけるダクトピース４１，４２の内径側端部を、略４５°のテーパ状に加工する。
【００１９】
また、ダクトピース４１，４２はスロット６１，６２間に冷却風が内径側から外径側に通り抜けるように放射状に配設される。さらに運転中により多くの通風を確保して巻線２１，２２の温度上昇を抑制するために、ダクトピース４１，４２のテーパ面４１１，４２２をそれぞれ隣接する巻線６１，６２側に向けて配設する。
【００２０】
また、ダクトピース４１，４２はスロット６１，６２から離れている方がよいが、電磁鋼板をダクトピース４１，４２を挟んで積層し、積層体全体をクランピングプレート７を介してボルト締めされるため、ダクトピース４１，４２をスロット６１，６２から離すに従ってスロット６１，６２表面での締め付け力が低下することになる。従って、ダクトピース４１，４２間、ダクトピース４１とスロット６１間、およびダクトピース４２とスロット６２間の間隔は、ほぼ等間隔となるような配置する。
【００２１】
本実施形態は、上記のように構成することによって、図示していない回転子が回転方向Ｂに回転すると、回転子周辺の空気は、矢印Ｃで示すように、回転子外周から固定子側に放出され、通風ダクト５内へ圧入される。圧入された空気の一部はダクトピース４１のテーパ面４１１によって曲げられ、巻線２１を効果的に冷却し、また、ダクトピース４２のテーパ面４２１によってより多くの空気が巻線２２側に圧入され、巻線２２を効果的に冷却する。
【００２２】
また、本実施形態によれば、ダクトピース４１，４２の外径側端部を略４５°のテーパ状に加工したので、通風抵抗を従来の角形形状の場合に比べて約１／５に低減することができる。
【００２３】
図３は図２に示すダクトピース４１，４２の内径側端部の拡大図である。
【００２４】
図４および図５はダクトピース４１，４２の内径側端部形状の変形例を示す。
【００２５】
図４に示すものは、内径側端部にＲ面取りを行い、丸みを帯びた形状としたものであり、図５に示すものは、山切り形としたものである。このような変形例に示す内径側端部形状であっても、図３に示すものと同程度に通風抵抗を低減できる。
【００２６】
次に、本発明の第２の実施形態に係る回転電機の固定子を図６を用いて説明する。
【００２７】
図６は図１のＡーＡから見た断面図である。
【００２８】
図において、４３はスロット間に配設したダクトピースのうち、回転子の回転方向の下位に位置する、即ち、回転子の回転に伴って生じる冷却風の下流側に位置するダクトピース，４３１はダクトピースのテーパ面である。その他の各構成は図２に示すものと同一であるので説明は省略する。
【００２９】
図示するように、本実施形態では、ダクトピース４３をその内径側端部が上流側に位置するダクトピース４１の内径側端部よりも外径側に位置するように配置する。その結果、ダクトピース４１の上流側に取り込まれる風量を損なうことなく、より多くの風量をダクトピース４３のテーパ面４３１の下流側に取り込むことができる。
【００３０】
この場合のダクトピース４３の内径側端部形状は、先に説明した図３、図４、図５いずれの形状であってもよい。
【００３１】
上記各実施形態では、水車発電機に代表される突極形回転子を有する回転電機を前提に説明したが、回転子構造は円筒形であってもよい。また冷媒は空気を前提に説明したが水素などの他のガスであってもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、スロット間に放射状に配設された複数本の各ダクトピースの内径側端部をテーパ状に形成し、該テーパ状に形成した部分を隣接する巻線に対向するように配置したので、回転電機の固定子、特に巻線の冷却性能を向上させることができると共に、回転電機の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各実施形態に係る回転電機の固定子の一部を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係わる、図１のＡ−Ａから見た断面図である。
【図３】本発明の各実施形態に係わるダクトピースの端部形状の斜視図である。
【図４】本発明の各実施形態に係わるダクトピースの端部形状の変形例を示す斜視図である。
【図５】本発明の各実施形態に係わるダクトピースの端部形状の他の変形例を示す斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る、図１のＡーＡから見た断面図である。
【図７】従来技術に係る回転電機の固定子の一部を示す断面図である。
【符号の説明】
１  コア
２１，２２  巻線
４１，４２，４３  ダクトピース
５  通風ダクト
６１，６２  スロット
４１１，４２１，４３１  テーパ面
【図１】
0003797752.tif 000002
【図２】
0003797752.tif 000003
【図３】
0003797752.tif 000004
【図４】
0003797752.tif 000005
【図５】
0003797752.tif 000006
【図６】
0003797752.tif 000007
【図７】
0003797752.tif 000008