本發(fā)明涉及渦輪發(fā)電機等中使用的旋轉(zhuǎn)電機，特別地，涉及改善轉(zhuǎn)子的通風(fēng)冷卻性能的旋轉(zhuǎn)電機。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)電機為了降低轉(zhuǎn)子繞組端部的溫度，通過在構(gòu)成冷卻風(fēng)路的絕緣物的山型部分設(shè)置貫穿高速流區(qū)域和渦流區(qū)域的第二流路，從而消除了渦流區(qū)域，實現(xiàn)了溫度分布的均勻化(例如參照專利文獻1)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利特開平9－322454號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題

然而，在上述具有轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)電機中，轉(zhuǎn)子繞組端部被在由絕緣物即間隔片保持的相鄰線圈間流動的冷卻氣體冷卻，但在增加旋轉(zhuǎn)電機的輸出的情況下，存在伴隨著轉(zhuǎn)子的勵磁電流增加而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子溫度上升至絕緣件的耐熱溫度以上這樣的技術(shù)問題。

本發(fā)明為解決上述問題而作，其目的在于獲得一種旋轉(zhuǎn)電機，其具有轉(zhuǎn)子，改善旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子繞組端部的冷卻性能，即便增加旋轉(zhuǎn)電機的輸出也不會發(fā)生絕緣不良。

解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案

本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于，包括：轉(zhuǎn)子繞組，該轉(zhuǎn)子繞組以隔著間隔的方式卷繞在轉(zhuǎn)子鐵心的周圍；轉(zhuǎn)子繞組端部，該轉(zhuǎn)子繞組端部是通過轉(zhuǎn)子繞組突出至轉(zhuǎn)子鐵心的軸向端面而形成的；間隔片，該間隔片配置于相鄰的轉(zhuǎn)子繞組端部之間；山型的繞組支承部，該繞組支承部設(shè)于間隔片的兩個側(cè)表面，且頂角為鈍角；蜿蜒通風(fēng)路，該蜿蜒通風(fēng)路利用山型的繞組支承部形成于間隔片的兩個側(cè)表面；以及波狀的繞組支承部，該繞組支承部沿著蜿蜒通風(fēng)路形成于蜿蜒通風(fēng)路中。

另外，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于，包括：轉(zhuǎn)子繞組，該轉(zhuǎn)子繞組以隔著間隔的方式卷繞在轉(zhuǎn)子鐵心的周圍；轉(zhuǎn)子繞組端部，該轉(zhuǎn)子繞組端部是通過轉(zhuǎn)子繞組突出至轉(zhuǎn)子鐵心的軸向端面而形成的；間隔片，該間隔片配置于相鄰的轉(zhuǎn)子繞組端部之間；圓弧狀的繞組支承部，該繞組支承部設(shè)于間隔片的兩個側(cè)表面；蜿蜒通風(fēng)路，該蜿蜒通風(fēng)路利用圓弧狀的繞組支承部形成于間隔片的兩個側(cè)表面；以及波狀的繞組支承部，該繞組支承部沿著蜿蜒通風(fēng)路形成于蜿蜒通風(fēng)路中，并具有將圓弧狀的繞組支承部連接的形狀。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機，抑制了山型的繞組支承部的頂點處的流動的剝離，山型的繞組支承部背后的渦流區(qū)域減小，冷卻氣體在蜿蜒通風(fēng)路整體上均勻地流動，因此，能顯著地減小壓力損失。此外，通過使形成于間隔片的蜿蜒通風(fēng)路中的流動均勻化，能抑制轉(zhuǎn)子繞組端部的局部的溫度上升。

由參照附圖的以下的本發(fā)明的詳細說明，可進一步明確本發(fā)明的除了上述之外的目的、特征、觀點及效果。

附圖說明

圖1是使用本發(fā)明實施方式一的旋轉(zhuǎn)電機的渦輪發(fā)電機的側(cè)剖圖。

圖2是圖1的轉(zhuǎn)子繞組端部周圍的主要部分放大剖視圖。

圖3是表示將圖1的轉(zhuǎn)子的線圈保持環(huán)及端部環(huán)拆下后的狀態(tài)的立體圖。

圖4是表示圖1的轉(zhuǎn)子繞組端部的主要部分的俯視圖。

圖5是表示本發(fā)明實施方式一的旋轉(zhuǎn)電機的間隔片的立體圖。

圖6是表示本發(fā)明實施方式一的旋轉(zhuǎn)電機的間隔片的側(cè)視圖。

圖7是表示比較例中的旋轉(zhuǎn)電機的間隔片的側(cè)視圖。

圖8是表示比較例中的旋轉(zhuǎn)電機的間隔片的主要部分的立體圖。

圖9是表示本發(fā)明實施方式一的旋轉(zhuǎn)電機的間隔片的變形例的側(cè)視圖。

圖10是表示本發(fā)明實施方式二的旋轉(zhuǎn)電機的間隔片的側(cè)視圖。

圖11是表示本發(fā)明實施方式三的旋轉(zhuǎn)電機的間隔片的側(cè)視圖。

圖12是表示本發(fā)明實施方式三的旋轉(zhuǎn)電機的間隔片的變形例的側(cè)視圖。

具體實施方式

以下，根據(jù)附圖對本發(fā)明的實施方式一進行說明。

另外，在各圖中，相同符號表示相同或相當(dāng)?shù)牟糠帧?/p>

實施方式一

圖1是使用本發(fā)明實施方式一的旋轉(zhuǎn)電機的渦輪發(fā)電機的側(cè)剖圖。另外，圖2是圖1中的轉(zhuǎn)子繞組端部周圍的主要部分放大截面，即圖1的由虛線圍住的區(qū)域的側(cè)視圖。圖3是表示將圖1的線圈保持環(huán)及端部環(huán)拆下后的狀態(tài)的轉(zhuǎn)子的立體圖，圖4是將圖1的轉(zhuǎn)子繞組端部的主要部分展開表示的俯視圖。

首先，對旋轉(zhuǎn)電機100進行說明。如圖1所示，旋轉(zhuǎn)電機100是由中空圓筒形狀的定子1和圓筒形狀的轉(zhuǎn)子5以隔著空隙(氣隙)25配置成同心狀的狀態(tài)而構(gòu)成的，其中，上述轉(zhuǎn)子5的直徑比上述中空部的直徑稍小。該定子1及轉(zhuǎn)子5分別在鐵心槽的軸向上配置有銅等的導(dǎo)電性的線圈，且一旦在對轉(zhuǎn)子5側(cè)的線圈進行勵磁的狀態(tài)下使轉(zhuǎn)子5旋轉(zhuǎn)，就會在定子1側(cè)感應(yīng)出電流。此時，在定子1及轉(zhuǎn)子5處產(chǎn)生因電損失等而引起的較大的熱量，因此，需要進行特別的冷卻。因此，旋轉(zhuǎn)電機100通過將風(fēng)扇26設(shè)置于轉(zhuǎn)子5處并朝旋轉(zhuǎn)電機100內(nèi)輸送冷卻氣體而進行強制冷卻。另外，作為對旋轉(zhuǎn)電機100內(nèi)進行冷卻的冷卻氣體，使用了例如空氣、氫氣等氣體。

接著，對旋轉(zhuǎn)電機100的冷卻進行說明。如圖1所示，渦輪發(fā)電機200包括定子1、轉(zhuǎn)子5、風(fēng)扇26及冷卻器27。另外，定子1包括定子鐵心2、定子繞組3及導(dǎo)管4。另外，轉(zhuǎn)子5包括轉(zhuǎn)子鐵心6、轉(zhuǎn)子繞組7、線圈保持環(huán)30、端部環(huán)31及轉(zhuǎn)軸13。轉(zhuǎn)軸13以能自由旋轉(zhuǎn)的方式支承于軸承(未圖示)，風(fēng)扇26對稱地安裝于轉(zhuǎn)軸13的端部。轉(zhuǎn)子鐵心6的外周和定子鐵心2的內(nèi)周之間由空隙(氣隙)25分隔開。

轉(zhuǎn)軸13旋轉(zhuǎn)，由風(fēng)扇26壓力輸送來的冷卻氣體被一分為二，一方冷卻氣體從端部環(huán)31的開口部31a(參照圖2)導(dǎo)入而對線圈保持環(huán)30內(nèi)的轉(zhuǎn)子繞組端部8進行冷卻，并從轉(zhuǎn)子磁極14(參照圖3)的缺口排氣路15朝箭頭A3的方向朝空隙25內(nèi)排出。另一方冷卻氣體冷卻定子繞組3的端部后在空隙25內(nèi)沿軸向流動，并與箭頭A3的冷卻氣體合流。此外，冷卻氣體在導(dǎo)管4內(nèi)如箭頭A4那樣流動而冷卻定子鐵心2及定子繞組3之后，如箭頭A5(參照圖1)那樣流動而在冷卻器27中熱交換并朝風(fēng)扇26的吸氣側(cè)回流。

另外，如圖3所示，轉(zhuǎn)子繞組7由多個勵磁線圈構(gòu)成，多個上述勵磁線圈是將多個鞍形且矩形的轉(zhuǎn)子線圈11呈同心狀地配置于多個切槽(未圖示)內(nèi)、并將多個轉(zhuǎn)子線圈11串聯(lián)連接而成的，多個上述切槽設(shè)于各轉(zhuǎn)子磁極14的左右的轉(zhuǎn)子鐵心6，上述轉(zhuǎn)子線圈11是分別以轉(zhuǎn)子磁極14為中心集中卷繞而成形的。轉(zhuǎn)子線圈11具有上述切槽內(nèi)的線圈邊(未圖示)和從轉(zhuǎn)子鐵心6的端面突出的轉(zhuǎn)子繞組端部8。轉(zhuǎn)子繞組端部8具有從轉(zhuǎn)子鐵心6的端面沿轉(zhuǎn)軸方向突出的一對直線部分9以及將這兩個直線部分9連接的連接部分10。此外，多個轉(zhuǎn)子繞組端部8相互隔著間隔以突出的方式配置于轉(zhuǎn)子磁極14的端部。

如圖2所示，線圈保持環(huán)30覆蓋轉(zhuǎn)子繞組端部8及配置于相鄰的轉(zhuǎn)子繞組端部8彼此間的間隔片18各自的外周并對轉(zhuǎn)子繞組端部8及間隔片18進行保持，線圈保持環(huán)30的一方端部與轉(zhuǎn)子鐵心6的端部嵌合。端部環(huán)31與線圈保持環(huán)30的另一方端部嵌合，從在轉(zhuǎn)軸方向上貫穿而設(shè)的開口部31a與轉(zhuǎn)軸13之間的空間如箭頭A1那樣導(dǎo)入對轉(zhuǎn)子繞組端部8進行冷卻的冷卻氣體。在轉(zhuǎn)子繞組端部8的周向?qū)挾戎行牟康南虏?，隔?0設(shè)于轉(zhuǎn)軸13上，該隔板20使在設(shè)于間隔片18的蜿蜒通風(fēng)路(未圖示)中流動而對轉(zhuǎn)子繞組端部8進行冷卻的冷卻氣體匯聚，并將該冷卻氣體如箭頭A2(參照圖2)那樣導(dǎo)出至缺口排氣路15。

另外，如圖4所示，轉(zhuǎn)子繞組端部8即8a、8b、8c、8d分別具有各一對直線部分9即9a、9b、9c、9d和各連接部分10即10a、10b、10c、10d。此外，在直線部分9即9a、9b、9c、9d的相互間分別配置有間隔片16即16a、16b、16c。此外，在連接部分10即10a、10b、10c、10d的相互間分別配置有間隔片18即18a、18b、18c。

在各間隔片16a、16b、16c的兩側(cè)面部設(shè)有沿著抵接的各直線部分9a、9b、9c、9d的側(cè)壁面的長邊方向蜿蜒延伸的蜿蜒通風(fēng)路17即17a、17b、17c。另外，在各間隔片18a、18b、18c的兩側(cè)面部構(gòu)成有沿著抵接的各連接部分10a、10b、10c、10d的側(cè)壁面的長邊方向蜿蜒延伸的蜿蜒通風(fēng)路19即19a、19b、19c。

在上述蜿蜒通風(fēng)路17a、17b、17c中，各直線部分9a、9b、9c、9d的側(cè)壁面分別構(gòu)成各蜿蜒通風(fēng)路17a、17b、17c的一壁面。另外，在蜿蜒通風(fēng)路19a、19b、19c中，各連接部分10a、10b、10c、10d的側(cè)壁面構(gòu)成19a、19b、19c的一壁面。

隔板20的下部被插入至轉(zhuǎn)軸13(參照圖2)的槽(未圖示)內(nèi)，隔板20由一對側(cè)板20a和端板20b構(gòu)成，其中，上述一對側(cè)板20a的一方側(cè)端面與轉(zhuǎn)子磁極14的側(cè)壁抵接，上述端板20b與這一對側(cè)板20a的另一方側(cè)端面接合并配置于端部環(huán)31的開口部31a(參照圖2)。

此處，參照圖4，對間隔片16進行簡單說明。在各間隔片16a、18a的兩側(cè)面部形成有朝各間隔片16a、18a的長邊方向蜿蜒延伸的蜿蜒槽21(未圖示)。此外，間隔片16a配置、組裝于直線部分9a、9b間，間隔片18a配置、組裝于連接部分10a、10b間。由間隔片16a的蜿蜒槽21(未圖示)和直線部分9a、9b的側(cè)壁面形成蜿蜒通風(fēng)路17a。另外，由間隔片18a的蜿蜒槽21和連接部分10a、10b的側(cè)壁面形成蜿蜒通風(fēng)路19a。此外，導(dǎo)入的冷卻氣體一邊如箭頭A2那樣在各蜿蜒通風(fēng)路17a、19a內(nèi)連續(xù)地流動，一邊對直線部分9a、9b及連接部分10a、10b進行冷卻，并朝由隔板20的左右的側(cè)板20a圍住的空間導(dǎo)出。

如圖4所示，轉(zhuǎn)子繞組端部8中的冷卻氣體在從端部環(huán)31的開口部31a(參照圖2)如箭頭A1那樣導(dǎo)入之后，被導(dǎo)入至間隔片16a、16b、16c各自的兩側(cè)的蜿蜒通風(fēng)路17a、17b、17c，并朝由點劃線作為代表加以表示的箭頭A2方向由蜿蜒通風(fēng)路17a、17b、17c向間隔片18a、18b、18c各自的兩側(cè)的蜿蜒通風(fēng)路19a、19b、19c內(nèi)連續(xù)地流動。然后，在中央部處從左右的蜿蜒通風(fēng)路19a、19b、19c流來的冷卻氣體合流(未圖示)，并在由隔板20的左右的側(cè)板20a圍住的空間中沿轉(zhuǎn)軸方向前進而朝缺口排氣路15導(dǎo)出。

如上所述，利用在蜿蜒通風(fēng)路17a、17b、17c、19a、19b、19c中流動的冷卻氣體對轉(zhuǎn)子繞組端部8即8a、8b、8c、8d中的電阻損失進行吸收，并抑制轉(zhuǎn)子繞組端部8的溫度上升。

圖5是表示本發(fā)明實施方式一的旋轉(zhuǎn)電機的間隔片的立體圖。另外，圖5示出了將線圈保持環(huán)30拆下后的狀態(tài)。間隔片16a包括：山型(mountain-shaped)的繞組支承部41；以及蜿蜒通風(fēng)路17a中的波狀的繞組支承部42。另外，圖6是表示本發(fā)明實施方式一的旋轉(zhuǎn)電機的間隔片的側(cè)視圖。此處，山型的繞組支承部41的頂角47為鈍角。

如圖5及圖6所示，流入設(shè)于間隔片16a的蜿蜒通風(fēng)路17a的冷卻氣體48在波狀的繞組支承部42的端部被一分為二。在實施方式一中，山型的繞組支承部41的頂角47為鈍角，因此，抑制了山型的繞組支承部41的頂點處的流動的剝離，不會在山型的繞組支承部41的背后產(chǎn)生渦流區(qū)域，冷卻氣體在蜿蜒流路整體上均勻地流動。

圖7是表示比較例的旋轉(zhuǎn)電機的間隔片的狀態(tài)的側(cè)視圖。如圖7所示，通常，厚度為數(shù)mm的轉(zhuǎn)子繞組7在圖的縱向上層疊，因此，為了使間隔片16a在全部區(qū)域中維持轉(zhuǎn)子繞組7的保持力，需要將山型的繞組支承部41的山的高度46設(shè)為間隔片的寬度45的寬度的一半以上，并在至少一點上支承線圈即轉(zhuǎn)子繞組7。因此，通常，山型的繞組支承部41的頂角形成為銳角，在蜿蜒通風(fēng)路17a中流動的冷卻氣體48的流動在山型的繞組支承部41的頂點處剝離，在山型的繞組支承部41的背后產(chǎn)生流動停滯的渦流區(qū)域49。因存在該渦流區(qū)域49而實際上縮小了冷卻氣體48流動的流路截面積，產(chǎn)生了流速增大的高速流區(qū)域。其結(jié)果是，增大了通風(fēng)路的壓力損失。除此之外，渦流區(qū)域49是抑制了轉(zhuǎn)子繞組端部8和冷卻氣體48的熱交換而形成的絕熱層。因此，與渦流區(qū)域49接觸的轉(zhuǎn)子繞組端部8的溫度比與高速流區(qū)域接觸的轉(zhuǎn)子繞組端部8的溫度高。

圖8是表示比較例中的旋轉(zhuǎn)電機的間隔片的主要部分的立體圖。在比較例的間隔片16a中，與實施方式一相同，在各間隔片16a、18a的兩個側(cè)面部也形成有蜿蜒槽21，該蜿蜒槽21具有相同的槽深度Di和寬度W，并朝各間隔片16a、18a的長邊方向蜿蜒延伸。此外，間隔片16a配置、組裝于直線部分9a、9b間，間隔片18a配置、組裝于連接部分10a、10b間。由間隔片16a的蜿蜒槽21和直線部分9a、9b的側(cè)壁面形成蜿蜒通風(fēng)路17a。另外，由間隔片18a的蜿蜒槽21和連接部分10a、10b的側(cè)壁面形成蜿蜒通風(fēng)路19a。此外，導(dǎo)入的冷卻氣體一邊如箭頭A2那樣在各蜿蜒通風(fēng)路17a、19a內(nèi)連續(xù)地流動，一邊對直線部分9a、9b及連接部分10a、10b進行冷卻，并朝由隔板20的左右的側(cè)板20a圍住的空間導(dǎo)出。

在本發(fā)明實施方式一中，實質(zhì)上制冷劑流動的流路截面積相比于比較例的結(jié)構(gòu)有所增加，因此，流速降低，從而能顯著地減小與流速成二次方比例的壓力損失。此外，通過使由間隔片16a構(gòu)成的蜿蜒通風(fēng)路17a中的流動均勻化，能抑制轉(zhuǎn)子繞組端部8的局部的溫度上升。

另外，山型的繞組支承部41的形狀并不限于三角形，也可以是梯形(未圖示)。或者，如圖9所示，間隔片16a的山型的繞組支承部41的形狀也可以是圓弧狀。在該情況下，最好將波狀的繞組支承部42設(shè)為連接圓弧而成的形狀，并盡量將由波狀的繞組支承部42分隔開的各蜿蜒通風(fēng)路17a相對于流動方向的截面積設(shè)為恒定。

實施方式二

圖10是表示本發(fā)明實施方式二的旋轉(zhuǎn)電機的間隔片的側(cè)視圖。間隔片16a包括：山型的繞組支承部41；以及蜿蜒通風(fēng)路17a中的波狀的繞組支承部42。此處，將山型的繞組支承部41的山的高度46設(shè)為間隔片的寬度45的1/3以上且1/2以下，頂角47為鈍角。因此，山型的繞組支承部41的頂點和波狀的繞組支承部42的谷(valley)的部分具有在周向上重疊的區(qū)域43。

藉此，除了實施方式一中獲得的效果之外，由于具有重疊區(qū)域43，因此還增加了層疊的轉(zhuǎn)子繞組端部8的保持力。

另外，山型的繞組支承部41的形狀并不限于三角形，也可以是梯形?；蛘?，山型的繞組支承部41的形狀也可以是圓弧狀。

實施方式三

圖11是表示本發(fā)明實施方式三的旋轉(zhuǎn)電機的間隔片的側(cè)視圖。在實施方式三中，間隔片16a包括：山型的繞組支承部41；以及設(shè)于蜿蜒通風(fēng)路17a中的波狀的繞組支承部42。在冷卻氣體流入口50側(cè)，波狀的繞組支承部42具有延伸至冷卻氣體流入口50的中央附近的端部44。

由此，在實施方式三中，除了實施方式一或?qū)嵤┓绞蕉男Ч?，還能利用波狀的繞組支承部42的端部44突出的長度進行調(diào)節(jié)，以使在波狀的繞組支承部42左右流動的流量均等。因此，能進一步抑制轉(zhuǎn)子繞組端部8的局部性的溫度分布。

另外，圖12是表示本發(fā)明實施方式三的旋轉(zhuǎn)電機的間隔片的變形例的側(cè)視圖。如圖12所示，間隔片16a包括：山型的繞組支承部41；以及設(shè)于蜿蜒通風(fēng)路17a中的波狀的繞組支承部42。另外，波狀的繞組支承部42的端部44也可以采用朝冷卻氣體流入口50延伸的結(jié)構(gòu)。

由此，在實施方式三的變形例中，除了實施方式一或?qū)嵤┓绞蕉男Ч?，還能利用波狀的繞組支承部42的端部44突出的長度進行調(diào)節(jié)，以使在波狀的繞組支承部42左右流動的流量均等。因此，能進一步抑制轉(zhuǎn)子繞組端部8的局部性的溫度分布。

另外，在上述實施方式的任一個中，均將蜿蜒通風(fēng)路17a中的波狀的繞組支承部42的個數(shù)設(shè)為一個進行了說明，但波狀的繞組支承部42也可以并列兩個以上。此外，在實施方式一至實施方式三中，對設(shè)于直線部分9的間隔片16a進行了說明，但也能在設(shè)于連接部分10的圓弧狀的間隔片18a中同樣地應(yīng)用本發(fā)明實施方式一至實施方式三。此外，本發(fā)明以具有通風(fēng)路徑的旋轉(zhuǎn)電機為代表進行了說明，但即便是具有其它通風(fēng)路徑的旋轉(zhuǎn)電機中的間隔片也能加以應(yīng)用。

另外，本發(fā)明在其發(fā)明的范圍內(nèi)能將各實施方式自由組合，或是將各實施方式適當(dāng)變形、省略。

(符號說明)

1 定子

2 定子鐵心

3 定子繞組

4 導(dǎo)管

5 轉(zhuǎn)子

6 轉(zhuǎn)子鐵心

7 轉(zhuǎn)子繞組

8、8a、8b、8c、8d 轉(zhuǎn)子繞組端部

9、9a、9b、9c、9d 直線部分

10、10a、10b、10c、10d 連接部分

11 轉(zhuǎn)子線圈

13 轉(zhuǎn)軸

14 轉(zhuǎn)子磁極

15 缺口排氣路

16、16a、16b、16c 間隔片

17、17a、17b、17c 蜿蜒通風(fēng)路

18、18a、18b、18c 間隔片

19、19a、19b、19c 蜿蜒通風(fēng)路

20 隔板

21 蜿蜒槽

25 空隙

26 風(fēng)扇

27 冷卻器

30 線圈保持環(huán)

31 端部環(huán)

41 山型的繞組支承部

42 波狀的繞組支承部

47 頂角

48 冷卻氣體

50 冷卻氣體流入口。