[发明专利]旋转电机及其转子

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋转电机，具体地配备有改进的转子冷却结构，用于减少转子的通风管道中的压力损失。

背景技术

图13至15示出了普通旋转电机例如涡轮发电机的转子结构，其中图13示出了转子芯的上部结构的剖视图，图14示出了图13中的线圈槽部分的放大图，以及图15示出了转子沿轴向的一侧结构的纵向剖视图。

参照图13，在转子芯1的周向方向上沿其轴向提供有多个线圈槽2，并且转子线圈4嵌在线圈槽2中。

如图13所示，将通过层压多个励磁导体11而形成的转子线圈4嵌在线圈槽2中。通过将转子楔6插入转子槽2的开口端部并且支撑转子线圈4而形成转子。另外，如图14所示，转子线圈4的从转子芯1的端部沿轴向突出的一部分由支撑环9从外部支持。

将绝缘材料5分别插入转子线圈4和转子芯1之间、转子线圈4和转子楔6之间以及转子线圈4和支撑环9之间，以确保转子线圈4的绝缘。另外，尽管没有具体地说明，但也将绝缘材料5分别插入励磁导体11之间。

此外，在线圈槽2中的转子内周侧上提供用于沿转子轴向分配冷却气体8的槽底沟3。在槽底沟3中，分配冷却气体8以冷却转子线圈4。

如图14所示，形成线圈通风管道7以将冷却气体8从转子芯1的端部引导进入槽底沟3并且在线圈槽2中从转子芯1的内径侧向外径侧分配引入的冷却气体8，槽底沟3从转子芯1的端部朝向转子芯1的中心部分。通过沿轴向设置线圈通风管道7而形成用于冷却转子线圈4的冷却气体8的通道，使得线圈通风管道7沿径向经过转子线圈4、绝缘材料5和转子楔6，并且与在转子芯1的整个长度上提供的槽底沟3相通。

如图15中的箭头所示，由于转子旋转的离心式风机效应而将冷却气体8从转子芯1的端部引导进入槽底沟3，向转子芯1的中心部分流动，并且随后向线圈通风管道7分流。

经过线圈通风管道7的冷却气体8冷却并吸收在转子线圈4中产生的热量，并且冷却气体8通过设置在转子楔6中的线圈通风管道7而向转子芯1的外径侧排出。

作为冷却具有用于引导冷却气体8的槽底沟3的转子线圈4的冷却方法，除了如图15所示的结构，已经公开了多种方法。例如，日本专利3564915公开了将线圈通风管道分成多个管道的方法，日本专利3736192公开了形成倾斜开口的方法，以及日本公开号为7-170683的未审专利申请公开了沿轴向通风的方法。

在上述旋转电机中，转子线圈4的温度上限由形成转子线圈4的绝缘材料的耐热性能严格地控制。因此，当由于近来旋转电机的单一容量增加使得转子线圈4的电流密度增加时，为了将线圈温度减至低于绝缘材料5的耐热温度的温度，必须增加转子的直径，增加芯的长度等等，从而通过将更多的励磁导体11插入转子中的线圈槽2而减少热容积。

另外，必须保持宽的通风面积用以增加冷却气体8并且提高冷却性能，这也增加了发电机的尺寸。

在配备有槽底沟3的通风和冷却系统中，在连接至槽底沟3的线圈通风管道7中的所有冷却气体8以聚集的形式从转子芯1端部的入口到芯的最末端侧的转子线圈通风管道7在每个槽底沟3中经过。因此，流动速度很快并且导致大的压力损失。因而，如果增加线圈通风管道7的管道截面面积或管道数量，就不可能保证用于冷却转子线圈4内部的冷却气体8的通风量。

另外，如果旋转电机的容量增加并且旋转电机的芯的长度增加，则槽底沟3沿轴向的长度增加，并且槽底沟3中的压力损失也增加。因此，冷却气体8很难流动。

特别地，在使用如冷却气体8的空气的空气冷却系统中，冷却气体8的热容量变小并且冷却气体8的温升变大。因此，必须尽可能多地保持冷却气体8。

在这些系统中，作为改进冷却性能的方法，如上述日本专利3564915中公开的方法，已经提出将线圈通风管道7分成多个管道以扩展传热面积的方法。然而，冷却气体8的数量增长率和线圈通风管道7的面积增长率的比值变小。因此，线圈通风管道7中的流动速度减小，并且传热效率减小，导致冷却性能恶化。

此外，通过在管道中划分线圈通风管道7，可以容易地产生线圈通风管道之间的流率分配，从而很可能局部地增加转子线圈4的温度。

作为其他方法或系统，例如，日本公开号为2001-178050的未审专利申请公开了将槽底沟3的流动通道的截面面积形成为当接近转子芯1的中心部分时变小，以防止转子芯1的中心部分的流率增加得高于所要求的。在该方法中，可以实现线圈温度的温度均匀化。然而，槽底沟3中的通风阻力增大。因此，冷却气体的总量减少并且转子线圈4的平均温度升高。