[發明專利]旋轉電機及其轉子

有效

• 申請號: 200810096337.1
• 申請日: 2008-03-28
• 公開（公告）號: CN101277035A
• 公開（公告）日: 2008-10-01
• 發明（設計）人: 加幡安雄;藤田真史;高畠干生;片山仁;垣內干雄;松山浩二;下田佳幸
• 申請（專利權）人: 株式會社東芝
• 主分類號: H02K1/32
• 分類號: H02K1/32;H02K3/24
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 劉興鵬;邵偉

技術領域

本發明涉及一種旋轉電機，具體地配備有改進的轉子冷卻結構，用于減少轉子的通風管道中的壓力損失。

背景技術

圖13至15示出了普通旋轉電機例如渦輪發電機的轉子結構，其中圖13示出了轉子芯的上部結構的剖視圖，圖14示出了圖13中的線圈槽部分的放大圖，以及圖15示出了轉子沿軸向的一側結構的縱向剖視圖。

參照圖13，在轉子芯1的周向方向上沿其軸向提供有多個線圈槽2，并且轉子線圈4嵌在線圈槽2中。

如圖13所示，將通過層壓多個勵磁導體11而形成的轉子線圈4嵌在線圈槽2中。通過將轉子楔6插入轉子槽2的開口端部并且支撐轉子線圈4而形成轉子。另外，如圖14所示，轉子線圈4的從轉子芯1的端部沿軸向突出的一部分由支撐環9從外部支持。

將絕緣材料5分別插入轉子線圈4和轉子芯1之間、轉子線圈4和轉子楔6之間以及轉子線圈4和支撐環9之間，以確保轉子線圈4的絕緣。另外，盡管沒有具體地說明，但也將絕緣材料5分別插入勵磁導體11之間。

此外，在線圈槽2中的轉子內周側上提供用于沿轉子軸向分配冷卻氣體8的槽底溝3。在槽底溝3中，分配冷卻氣體8以冷卻轉子線圈4。

如圖14所示，形成線圈通風管道7以將冷卻氣體8從轉子芯1的端部引導進入槽底溝3并且在線圈槽2中從轉子芯1的內徑側向外徑側分配引入的冷卻氣體8，槽底溝3從轉子芯1的端部朝向轉子芯1的中心部分。通過沿軸向設置線圈通風管道7而形成用于冷卻轉子線圈4的冷卻氣體8的通道，使得線圈通風管道7沿徑向經過轉子線圈4、絕緣材料5和轉子楔6，并且與在轉子芯1的整個長度上提供的槽底溝3相通。

如圖15中的箭頭所示，由于轉子旋轉的離心式風機效應而將冷卻氣體8從轉子芯1的端部引導進入槽底溝3，向轉子芯1的中心部分流動，并且隨后向線圈通風管道7分流。

經過線圈通風管道7的冷卻氣體8冷卻并吸收在轉子線圈4中產生的熱量，并且冷卻氣體8通過設置在轉子楔6中的線圈通風管道7而向轉子芯1的外徑側排出。

作為冷卻具有用于引導冷卻氣體8的槽底溝3的轉子線圈4的冷卻方法，除了如圖15所示的結構，已經公開了多種方法。例如，日本專利3564915公開了將線圈通風管道分成多個管道的方法，日本專利3736192公開了形成傾斜開口的方法，以及日本公開號為7-170683的未審專利申請公開了沿軸向通風的方法。

在上述旋轉電機中，轉子線圈4的溫度上限由形成轉子線圈4的絕緣材料的耐熱性能嚴格地控制。因此，當由于近來旋轉電機的單一容量增加使得轉子線圈4的電流密度增加時，為了將線圈溫度減至低于絕緣材料5的耐熱溫度的溫度，必須增加轉子的直徑，增加芯的長度等等，從而通過將更多的勵磁導體11插入轉子中的線圈槽2而減少熱容積。

另外，必須保持寬的通風面積用以增加冷卻氣體8并且提高冷卻性能，這也增加了發電機的尺寸。

在配備有槽底溝3的通風和冷卻系統中，在連接至槽底溝3的線圈通風管道7中的所有冷卻氣體8以聚集的形式從轉子芯1端部的入口到芯的最末端側的轉子線圈通風管道7在每個槽底溝3中經過。因此，流動速度很快并且導致大的壓力損失。因而，如果增加線圈通風管道7的管道截面面積或管道數量，就不可能保證用于冷卻轉子線圈4內部的冷卻氣體8的通風量。

另外，如果旋轉電機的容量增加并且旋轉電機的芯的長度增加，則槽底溝3沿軸向的長度增加，并且槽底溝3中的壓力損失也增加。因此，冷卻氣體8很難流動。

特別地，在使用如冷卻氣體8的空氣的空氣冷卻系統中，冷卻氣體8的熱容量變小并且冷卻氣體8的溫升變大。因此，必須盡可能多地保持冷卻氣體8。

在這些系統中，作為改進冷卻性能的方法，如上述日本專利3564915中公開的方法，已經提出將線圈通風管道7分成多個管道以擴展傳熱面積的方法。然而，冷卻氣體8的數量增長率和線圈通風管道7的面積增長率的比值變小。因此，線圈通風管道7中的流動速度減小，并且傳熱效率減小，導致冷卻性能惡化。

此外，通過在管道中劃分線圈通風管道7，可以容易地產生線圈通風管道之間的流率分配，從而很可能局部地增加轉子線圈4的溫度。

作為其他方法或系統，例如，日本公開號為2001-178050的未審專利申請公開了將槽底溝3的流動通道的截面面積形成為當接近轉子芯1的中心部分時變小，以防止轉子芯1的中心部分的流率增加得高于所要求的。在該方法中，可以實現線圈溫度的溫度均勻化。然而，槽底溝3中的通風阻力增大。因此，冷卻氣體的總量減少并且轉子線圈4的平均溫度升高。