JP3797752B2 - Rotating electric machine stator - Google Patents
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Description
【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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a stator of a rotary electric machine such as a turbine generator, a turbine generator, etc., and more particularly, a rotary electric machine in which a ventilation duct is formed using a duct piece and cooling capacity of the stator core and the stator winding is improved. Related to the stator.
[0002]
[Prior art]
The rotating electrical machine is generally composed of a stator and a rotor. The stator is formed by inserting a stator winding into a slot of a core formed by laminating electromagnetic steel plates, and further inserting a wedge at the slot entrance to fix the stator winding to the stator. . The core secures a ventilation duct serving as a cooling air passage by inserting at least one spacer called a duct piece radially each time a plurality of steel plates are laminated. The duct piece is made of square-shaped I-shaped steel or square steel.
[0003]
FIG. 7 shows the structure of a stator of a rotating electric machine according to the prior art. In the figure, 1 is a core in which a plurality of electromagnetic steel sheets are laminated, 2 is a winding inserted in a slot formed in the
[0004]
In the figure, when a rotor (not shown) rotates in the direction of arrow D, the air pushed by the rotor flows through the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, with increasing demand for electric power, rotating electrical machines have become higher in voltage and capacity, and the amount of heat generated from windings during operation has also increased. For this reason, it is important to efficiently cool the rotating electrical machine.
[0006]
However, as shown in the prior art, if the end shape of the duct piece 4 is square at the inlet of the
[0007]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and optimizes the shape and arrangement of the duct piece at the inlet of the ventilation duct to improve the ventilation performance and to reduce the size of the stator of the rotating electrical machine. It is intended.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
[0009]
A plurality of cores formed by laminating a predetermined number of magnetic steel sheets each having a plurality of slots formed in a radial direction for inserting windings, and a duct piece disposed at a predetermined interval between the plurality of cores. A rotating electric machine stator in which the plurality of cores are stacked via the duct pieces, wherein the plurality of duct pieces are arranged at predetermined intervals between the slots of the stacked cores. The side adjacent to the winding at the inner diameter side end of the plurality of duct pieces is formed in a taper shape, and, of the plurality of duct pieces, the inner diameter side of the duct piece located in the lower direction of the rotor rotation direction The end portion is arranged on the outer diameter side with respect to the inner diameter side end portion of the duct piece located at the upper position.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, the stator of the rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0013]
FIG. 1 is a perspective view of a stator structure of a rotating electrical machine according to each embodiment of the present invention.
[0014]
In the figure, 1 is a core in which a plurality of thin electromagnetic steel sheets are laminated, 21 and 22 are windings inserted into slots formed in the
[0015]
FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG.
[0016]
In the figure, 411 and 421 are taper surfaces at the inner diameter side ends of the
[0017]
Usually, the inner diameter side end portions of the
[0018]
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 2, the inner diameter side ends of the
[0019]
The
[0020]
The
[0021]
In the present embodiment, when a rotor (not shown) rotates in the rotation direction B, the air around the rotor is moved from the outer periphery of the rotor to the stator side as indicated by an arrow C. Released and pressed into the
[0022]
Further, according to the present embodiment, the outer diameter side end portions of the
[0023]
FIG. 3 is an enlarged view of the inner diameter side ends of the
[0024]
4 and 5 show modifications of the inner diameter side end portions of the
[0025]
The one shown in FIG. 4 has a rounded shape by rounding the end portion on the inner diameter side, and the one shown in FIG. 5 has a mountain shape. Even with the inner diameter side end shape shown in such a modification, the ventilation resistance can be reduced to the same extent as that shown in FIG.
[0026]
Next, a rotating electrical machine stator according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0027]
6 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
[0028]
In the figure,
[0029]
As shown in the drawing, in this embodiment, the
[0030]
The inner diameter side end shape of the
[0031]
In each of the above embodiments, the explanation has been made on the assumption that the rotating electrical machine has a salient pole rotor represented by a turbine generator, but the rotor structure may be cylindrical. Moreover, although the refrigerant | coolant was demonstrated on the assumption that it was air, other gas, such as hydrogen, may be sufficient.
[0032]
【The invention's effect】
In the present invention, inner end portions of a plurality of duct pieces arranged radially between slots are formed in a tapered shape, and the tapered portion is arranged so as to face adjacent windings. Therefore, it is possible to improve the cooling performance of the stator of the rotating electrical machine, particularly the winding, and to reduce the size of the rotating electrical machine.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a part of a stator of a rotating electrical machine according to each embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1 according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view of an end shape of a duct piece according to each embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing a modification of the end shape of the duct piece according to each embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing another modified example of the end shape of the duct piece according to each embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1 according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a part of a stator of a rotating electrical machine according to a conventional technique.
[Explanation of symbols]
1
Claims (1)
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。A plurality of cores formed by laminating a predetermined number of magnetic steel sheets each having a plurality of slots formed in a radial direction for inserting windings, and a duct piece disposed at a predetermined interval between the plurality of cores. Comprising, in a stator of a rotating electrical machine formed by laminating the plurality of cores via the duct piece,
A plurality of the duct pieces are arranged at predetermined intervals between the slots of the stacked cores, and the side adjacent to the winding at the inner diameter side end of the plurality of arranged duct pieces is formed in a tapered shape. Of the plurality of duct pieces, the inner diameter side end portion of the duct piece located in the lower part of the rotation direction of the rotor is disposed on the outer diameter side of the inner diameter side end part of the duct piece located in the upper order. A stator of a rotating electrical machine.
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1997
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