旋转电机的制作方法

本发明涉及涡轮发电机等中使用的旋转电机，特别地，涉及改善转子的通风冷却性能的旋转电机。

背景技术：

现有的旋转电机为了降低转子绕组端部的温度，通过在构成冷却风路的绝缘物的山型部分设置贯穿高速流区域和涡流区域的第二流路，从而消除了涡流区域，实现了温度分布的均匀化(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平9－322454号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

然而，在上述具有转子的旋转电机中，转子绕组端部被在由绝缘物即间隔片保持的相邻线圈间流动的冷却气体冷却，但在增加旋转电机的输出的情况下，存在伴随着转子的励磁电流增加而导致转子温度上升至绝缘件的耐热温度以上这样的技术问题。

本发明为解决上述问题而作，其目的在于获得一种旋转电机，其具有转子，改善旋转电机的转子的转子绕组端部的冷却性能，即便增加旋转电机的输出也不会发生绝缘不良。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明的旋转电机，其特征在于，包括：转子绕组，该转子绕组以隔着间隔的方式卷绕在转子铁心的周围；转子绕组端部，该转子绕组端部是通过转子绕组突出至转子铁心的轴向端面而形成的；间隔片，该间隔片配置于相邻的转子绕组端部之间；山型的绕组支承部，该绕组支承部设于间隔片的两个侧表面，且顶角为钝角；蜿蜒通风路，该蜿蜒通风路利用山型的绕组支承部形成于间隔片的两个侧表面；以及波状的绕组支承部，该绕组支承部沿着蜿蜒通风路形成于蜿蜒通风路中。

另外，本发明的旋转电机，其特征在于，包括：转子绕组，该转子绕组以隔着间隔的方式卷绕在转子铁心的周围；转子绕组端部，该转子绕组端部是通过转子绕组突出至转子铁心的轴向端面而形成的；间隔片，该间隔片配置于相邻的转子绕组端部之间；圆弧状的绕组支承部，该绕组支承部设于间隔片的两个侧表面；蜿蜒通风路，该蜿蜒通风路利用圆弧状的绕组支承部形成于间隔片的两个侧表面；以及波状的绕组支承部，该绕组支承部沿着蜿蜒通风路形成于蜿蜒通风路中，并具有将圆弧状的绕组支承部连接的形状。

发明效果

根据本发明的旋转电机，抑制了山型的绕组支承部的顶点处的流动的剥离，山型的绕组支承部背后的涡流区域减小，冷却气体在蜿蜒通风路整体上均匀地流动，因此，能显著地减小压力损失。此外，通过使形成于间隔片的蜿蜒通风路中的流动均匀化，能抑制转子绕组端部的局部的温度上升。

由参照附图的以下的本发明的详细说明，可进一步明确本发明的除了上述之外的目的、特征、观点及效果。

附图说明

图1是使用本发明实施方式一的旋转电机的涡轮发电机的侧剖图。

图2是图1的转子绕组端部周围的主要部分放大剖视图。

图3是表示将图1的转子的线圈保持环及端部环拆下后的状态的立体图。

图4是表示图1的转子绕组端部的主要部分的俯视图。

图5是表示本发明实施方式一的旋转电机的间隔片的立体图。

图6是表示本发明实施方式一的旋转电机的间隔片的侧视图。

图7是表示比较例中的旋转电机的间隔片的侧视图。

图8是表示比较例中的旋转电机的间隔片的主要部分的立体图。

图9是表示本发明实施方式一的旋转电机的间隔片的变形例的侧视图。

图10是表示本发明实施方式二的旋转电机的间隔片的侧视图。

图11是表示本发明实施方式三的旋转电机的间隔片的侧视图。

图12是表示本发明实施方式三的旋转电机的间隔片的变形例的侧视图。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施方式一进行说明。

另外，在各图中，相同符号表示相同或相当的部分。

实施方式一

图1是使用本发明实施方式一的旋转电机的涡轮发电机的侧剖图。另外，图2是图1中的转子绕组端部周围的主要部分放大截面，即图1的由虚线围住的区域的侧视图。图3是表示将图1的线圈保持环及端部环拆下后的状态的转子的立体图，图4是将图1的转子绕组端部的主要部分展开表示的俯视图。

首先，对旋转电机100进行说明。如图1所示，旋转电机100是由中空圆筒形状的定子1和圆筒形状的转子5以隔着空隙(气隙)25配置成同心状的状态而构成的，其中，上述转子5的直径比上述中空部的直径稍小。该定子1及转子5分别在铁心槽的轴向上配置有铜等的导电性的线圈，且一旦在对转子5侧的线圈进行励磁的状态下使转子5旋转，就会在定子1侧感应出电流。此时，在定子1及转子5处产生因电损失等而引起的较大的热量，因此，需要进行特别的冷却。因此，旋转电机100通过将风扇26设置于转子5处并朝旋转电机100内输送冷却气体而进行强制冷却。另外，作为对旋转电机100内进行冷却的冷却气体，使用了例如空气、氢气等气体。

接着，对旋转电机100的冷却进行说明。如图1所示，涡轮发电机200包括定子1、转子5、风扇26及冷却器27。另外，定子1包括定子铁心2、定子绕组3及导管4。另外，转子5包括转子铁心6、转子绕组7、线圈保持环30、端部环31及转轴13。转轴13以能自由旋转的方式支承于轴承(未图示)，风扇26对称地安装于转轴13的端部。转子铁心6的外周和定子铁心2的内周之间由空隙(气隙)25分隔开。

转轴13旋转，由风扇26压力输送来的冷却气体被一分为二，一方冷却气体从端部环31的开口部31a(参照图2)导入而对线圈保持环30内的转子绕组端部8进行冷却，并从转子磁极14(参照图3)的缺口排气路15朝箭头A3的方向朝空隙25内排出。另一方冷却气体冷却定子绕组3的端部后在空隙25内沿轴向流动，并与箭头A3的冷却气体合流。此外，冷却气体在导管4内如箭头A4那样流动而冷却定子铁心2及定子绕组3之后，如箭头A5(参照图1)那样流动而在冷却器27中热交换并朝风扇26的吸气侧回流。

另外，如图3所示，转子绕组7由多个励磁线圈构成，多个上述励磁线圈是将多个鞍形且矩形的转子线圈11呈同心状地配置于多个切槽(未图示)内、并将多个转子线圈11串联连接而成的，多个上述切槽设于各转子磁极14的左右的转子铁心6，上述转子线圈11是分别以转子磁极14为中心集中卷绕而成形的。转子线圈11具有上述切槽内的线圈边(未图示)和从转子铁心6的端面突出的转子绕组端部8。转子绕组端部8具有从转子铁心6的端面沿转轴方向突出的一对直线部分9以及将这两个直线部分9连接的连接部分10。此外，多个转子绕组端部8相互隔着间隔以突出的方式配置于转子磁极14的端部。

如图2所示，线圈保持环30覆盖转子绕组端部8及配置于相邻的转子绕组端部8彼此间的间隔片18各自的外周并对转子绕组端部8及间隔片18进行保持，线圈保持环30的一方端部与转子铁心6的端部嵌合。端部环31与线圈保持环30的另一方端部嵌合，从在转轴方向上贯穿而设的开口部31a与转轴13之间的空间如箭头A1那样导入对转子绕组端部8进行冷却的冷却气体。在转子绕组端部8的周向宽度中心部的下部，隔板20设于转轴13上，该隔板20使在设于间隔片18的蜿蜒通风路(未图示)中流动而对转子绕组端部8进行冷却的冷却气体汇聚，并将该冷却气体如箭头A2(参照图2)那样导出至缺口排气路15。

另外，如图4所示，转子绕组端部8即8a、8b、8c、8d分别具有各一对直线部分9即9a、9b、9c、9d和各连接部分10即10a、10b、10c、10d。此外，在直线部分9即9a、9b、9c、9d的相互间分别配置有间隔片16即16a、16b、16c。此外，在连接部分10即10a、10b、10c、10d的相互间分别配置有间隔片18即18a、18b、18c。

在各间隔片16a、16b、16c的两侧面部设有沿着抵接的各直线部分9a、9b、9c、9d的侧壁面的长边方向蜿蜒延伸的蜿蜒通风路17即17a、17b、17c。另外，在各间隔片18a、18b、18c的两侧面部构成有沿着抵接的各连接部分10a、10b、10c、10d的侧壁面的长边方向蜿蜒延伸的蜿蜒通风路19即19a、19b、19c。

在上述蜿蜒通风路17a、17b、17c中，各直线部分9a、9b、9c、9d的侧壁面分别构成各蜿蜒通风路17a、17b、17c的一壁面。另外，在蜿蜒通风路19a、19b、19c中，各连接部分10a、10b、10c、10d的侧壁面构成19a、19b、19c的一壁面。

隔板20的下部被插入至转轴13(参照图2)的槽(未图示)内，隔板20由一对侧板20a和端板20b构成，其中，上述一对侧板20a的一方侧端面与转子磁极14的侧壁抵接，上述端板20b与这一对侧板20a的另一方侧端面接合并配置于端部环31的开口部31a(参照图2)。

此处，参照图4，对间隔片16进行简单说明。在各间隔片16a、18a的两侧面部形成有朝各间隔片16a、18a的长边方向蜿蜒延伸的蜿蜒槽21(未图示)。此外，间隔片16a配置、组装于直线部分9a、9b间，间隔片18a配置、组装于连接部分10a、10b间。由间隔片16a的蜿蜒槽21(未图示)和直线部分9a、9b的侧壁面形成蜿蜒通风路17a。另外，由间隔片18a的蜿蜒槽21和连接部分10a、10b的侧壁面形成蜿蜒通风路19a。此外，导入的冷却气体一边如箭头A2那样在各蜿蜒通风路17a、19a内连续地流动，一边对直线部分9a、9b及连接部分10a、10b进行冷却，并朝由隔板20的左右的侧板20a围住的空间导出。

如图4所示，转子绕组端部8中的冷却气体在从端部环31的开口部31a(参照图2)如箭头A1那样导入之后，被导入至间隔片16a、16b、16c各自的两侧的蜿蜒通风路17a、17b、17c，并朝由点划线作为代表加以表示的箭头A2方向由蜿蜒通风路17a、17b、17c向间隔片18a、18b、18c各自的两侧的蜿蜒通风路19a、19b、19c内连续地流动。然后，在中央部处从左右的蜿蜒通风路19a、19b、19c流来的冷却气体合流(未图示)，并在由隔板20的左右的侧板20a围住的空间中沿转轴方向前进而朝缺口排气路15导出。

如上所述，利用在蜿蜒通风路17a、17b、17c、19a、19b、19c中流动的冷却气体对转子绕组端部8即8a、8b、8c、8d中的电阻损失进行吸收，并抑制转子绕组端部8的温度上升。

图5是表示本发明实施方式一的旋转电机的间隔片的立体图。另外，图5示出了将线圈保持环30拆下后的状态。间隔片16a包括：山型(mountain-shaped)的绕组支承部41；以及蜿蜒通风路17a中的波状的绕组支承部42。另外，图6是表示本发明实施方式一的旋转电机的间隔片的侧视图。此处，山型的绕组支承部41的顶角47为钝角。

如图5及图6所示，流入设于间隔片16a的蜿蜒通风路17a的冷却气体48在波状的绕组支承部42的端部被一分为二。在实施方式一中，山型的绕组支承部41的顶角47为钝角，因此，抑制了山型的绕组支承部41的顶点处的流动的剥离，不会在山型的绕组支承部41的背后产生涡流区域，冷却气体在蜿蜒流路整体上均匀地流动。

图7是表示比较例的旋转电机的间隔片的状态的侧视图。如图7所示，通常，厚度为数mm的转子绕组7在图的纵向上层叠，因此，为了使间隔片16a在全部区域中维持转子绕组7的保持力，需要将山型的绕组支承部41的山的高度46设为间隔片的宽度45的宽度的一半以上，并在至少一点上支承线圈即转子绕组7。因此，通常，山型的绕组支承部41的顶角形成为锐角，在蜿蜒通风路17a中流动的冷却气体48的流动在山型的绕组支承部41的顶点处剥离，在山型的绕组支承部41的背后产生流动停滞的涡流区域49。因存在该涡流区域49而实际上缩小了冷却气体48流动的流路截面积，产生了流速增大的高速流区域。其结果是，增大了通风路的压力损失。除此之外，涡流区域49是抑制了转子绕组端部8和冷却气体48的热交换而形成的绝热层。因此，与涡流区域49接触的转子绕组端部8的温度比与高速流区域接触的转子绕组端部8的温度高。

图8是表示比较例中的旋转电机的间隔片的主要部分的立体图。在比较例的间隔片16a中，与实施方式一相同，在各间隔片16a、18a的两个侧面部也形成有蜿蜒槽21，该蜿蜒槽21具有相同的槽深度Di和宽度W，并朝各间隔片16a、18a的长边方向蜿蜒延伸。此外，间隔片16a配置、组装于直线部分9a、9b间，间隔片18a配置、组装于连接部分10a、10b间。由间隔片16a的蜿蜒槽21和直线部分9a、9b的侧壁面形成蜿蜒通风路17a。另外，由间隔片18a的蜿蜒槽21和连接部分10a、10b的侧壁面形成蜿蜒通风路19a。此外，导入的冷却气体一边如箭头A2那样在各蜿蜒通风路17a、19a内连续地流动，一边对直线部分9a、9b及连接部分10a、10b进行冷却，并朝由隔板20的左右的侧板20a围住的空间导出。

在本发明实施方式一中，实质上制冷剂流动的流路截面积相比于比较例的结构有所增加，因此，流速降低，从而能显著地减小与流速成二次方比例的压力损失。此外，通过使由间隔片16a构成的蜿蜒通风路17a中的流动均匀化，能抑制转子绕组端部8的局部的温度上升。

另外，山型的绕组支承部41的形状并不限于三角形，也可以是梯形(未图示)。或者，如图9所示，间隔片16a的山型的绕组支承部41的形状也可以是圆弧状。在该情况下，最好将波状的绕组支承部42设为连接圆弧而成的形状，并尽量将由波状的绕组支承部42分隔开的各蜿蜒通风路17a相对于流动方向的截面积设为恒定。

实施方式二

图10是表示本发明实施方式二的旋转电机的间隔片的侧视图。间隔片16a包括：山型的绕组支承部41；以及蜿蜒通风路17a中的波状的绕组支承部42。此处，将山型的绕组支承部41的山的高度46设为间隔片的宽度45的1/3以上且1/2以下，顶角47为钝角。因此，山型的绕组支承部41的顶点和波状的绕组支承部42的谷(valley)的部分具有在周向上重叠的区域43。

藉此，除了实施方式一中获得的效果之外，由于具有重叠区域43，因此还增加了层叠的转子绕组端部8的保持力。

另外，山型的绕组支承部41的形状并不限于三角形，也可以是梯形。或者，山型的绕组支承部41的形状也可以是圆弧状。

实施方式三

图11是表示本发明实施方式三的旋转电机的间隔片的侧视图。在实施方式三中，间隔片16a包括：山型的绕组支承部41；以及设于蜿蜒通风路17a中的波状的绕组支承部42。在冷却气体流入口50侧，波状的绕组支承部42具有延伸至冷却气体流入口50的中央附近的端部44。

由此，在实施方式三中，除了实施方式一或实施方式二的效果之外，还能利用波状的绕组支承部42的端部44突出的长度进行调节，以使在波状的绕组支承部42左右流动的流量均等。因此，能进一步抑制转子绕组端部8的局部性的温度分布。

另外，图12是表示本发明实施方式三的旋转电机的间隔片的变形例的侧视图。如图12所示，间隔片16a包括：山型的绕组支承部41；以及设于蜿蜒通风路17a中的波状的绕组支承部42。另外，波状的绕组支承部42的端部44也可以采用朝冷却气体流入口50延伸的结构。

由此，在实施方式三的变形例中，除了实施方式一或实施方式二的效果之外，还能利用波状的绕组支承部42的端部44突出的长度进行调节，以使在波状的绕组支承部42左右流动的流量均等。因此，能进一步抑制转子绕组端部8的局部性的温度分布。

另外，在上述实施方式的任一个中，均将蜿蜒通风路17a中的波状的绕组支承部42的个数设为一个进行了说明，但波状的绕组支承部42也可以并列两个以上。此外，在实施方式一至实施方式三中，对设于直线部分9的间隔片16a进行了说明，但也能在设于连接部分10的圆弧状的间隔片18a中同样地应用本发明实施方式一至实施方式三。此外，本发明以具有通风路径的旋转电机为代表进行了说明，但即便是具有其它通风路径的旋转电机中的间隔片也能加以应用。

另外，本发明在其发明的范围内能将各实施方式自由组合，或是将各实施方式适当变形、省略。

(符号说明)

1 定子

2 定子铁心

3 定子绕组

4 导管

5 转子

6 转子铁心

7 转子绕组

8、8a、8b、8c、8d 转子绕组端部

9、9a、9b、9c、9d 直线部分

10、10a、10b、10c、10d 连接部分

11 转子线圈

13 转轴

14 转子磁极

15 缺口排气路

16、16a、16b、16c 间隔片

17、17a、17b、17c 蜿蜒通风路

18、18a、18b、18c 间隔片

19、19a、19b、19c 蜿蜒通风路

20 隔板

21 蜿蜒槽

25 空隙

26 风扇

27 冷却器

30 线圈保持环

31 端部环

41 山型的绕组支承部

42 波状的绕组支承部

47 顶角

48 冷却气体

50 冷却气体流入口。