专利名称：发电机的冷却结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及转子高速旋转的发电机中的冷却结构，特别是涉及可以获得有效的冷却效果的发电机的冷却结构。
背景技术：
下面参照图13～图15对发电机进行说明。以小型燃气轮机作为原动力的发电机进行说明该例。
在图中，1是发电机，其包括机壳2，收纳并用轴承3可旋转地支持在所述机壳2上的转子4，收纳在机壳2中并空出间隙5配置在所述转子4的外围的定子6。
所述转子4例如由钐钴等永久磁铁构成。所述定子6由多片薄钢片(例如厚度0.15mm的硅钢片)迭成的铁芯7和绕装在所述铁芯7上的线圈8构成。在所述铁芯7的中央设有圆形通孔15，同时多个长槽16呈放射状且与所述通孔15连通地设置。所述转子4空出若干间隙5地插通在所述通孔15中。另外在所述多个长槽16中配置有所述线圈8。
在所述机壳2中分别设置有冷却油入口9和冷却油出口10及连接所述冷却油入口9和所述冷却油出口10并通过所述定子6的外周的冷却油通路11。所述冷却油通路11由所述冷却油入口9连通的分叉放射状部分和通过所述定子6的外周的环状部分以及所述冷却油出口10连通的相同的分叉放射状部分组成。另外，在所述机壳2上分别设置有润滑油入口12、润滑油出口13和连通所述润滑油入口12和润滑油出口13并润滑轴承3的润滑油通路14。
在图中，17是所谓微燃气透平的小型燃气透平。该小型燃气透平17包括由高速轴承19可旋转地支持在机壳18上的旋转轴20、固定在所述转轴20上的压缩机侧叶轮21和透平侧轮22。
在所述小型透平17上设置有燃烧器23和再生热交换器24。在所述发电机1的转子4和所述小型透平17的旋转轴20之间配置联轴器25。
下面对所述发电机1和小型燃气透平17的作动进行说明。
首先，所述小型燃气透平17通过所述发电机1内装的起动电动机(图中未示出)起动。于是转动轴20、压缩机侧叶轮21、透平侧转子22旋转。大气中空气(图13中用点划线箭头表示)随着转子22的旋转被压缩机侧叶轮21吸引，压缩。该压缩空气(图13中用实线箭头表示)与燃料(如都市燃气等)混合，在燃烧器23中燃烧。该燃烧燃气(图13中用点线箭头表示)使透平侧转子22旋转并与所述压缩空气在所述热交换器24中热交换后排到大气中。
所述旋转轴20随着由于所述透平侧转子22高速旋转而高速旋转。该旋转轴的高速旋转通过所述联轴器25减速成后传递给所述高速发电机1的转子4，所述转子4高速旋转。通过使上述转子4以例如大约50,000～80,000rpm的高速旋转，在所述发电机1中发电。
另一方面，在所述发电机1中，分别在所述冷却油入口9供给冷却油(图14中用点划线表示)，在所述润滑油入口12供给润滑油(图14中用双点划线表示)。所述冷却油从冷却油入口9通过冷却油通路11和所述定子6的外周冷却定子6的外周侧后从冷却油出口10排到外部。润滑油从润滑油入口12通过润滑油通路14润滑轴承3等后从润滑油出口13排到外部。
在所述发电机1中，在其结构上使损失能量作为热积蓄在内部。即转子4一高速旋转，就产生高频波，发生涡流，因此转子4和定子6被加热，该转子4和定子6温度一上升，就因磁通量减少，而使发电效率降低。因此在发电机1中转子4和定子6的冷却是必要的。顺便说一下，发电机的发电能力例如超过大约50KW、外界大气温度约50℃时，转子4和定子6的温度将大约为150～180℃，因此如前所述，转子4和定子6的温度必须冷却到140℃以下。
可是，所述现有的发电机1中的冷却结构是在机壳2的内周与定子6的外周之间设置冷却油通路11。因此，虽然能用冷却油冷却定子6的外周侧，但冷却定子6的内周侧和转子4却很困难。其结果，存在不能得到有效的冷却效果的问题。
因而，本发明的目的是提供一种发电机中的冷却结构，该冷却结构可以收到有效的冷却效果。
发明内容
本发明的特征是在机壳上分别设置冷却油入口和冷却油出口，并在铁芯中设置通过铁芯的内部、连通冷却油入口和冷却油出口之间的冷却油通路。
其结果，本发明能够靠通过铁芯内部的冷却油通路、冷却油通过铁芯内部并冷却铁芯内部。因此可以冷却定子的内周侧和转子，收到有效的冷却效果。
本发明的特征是在机壳上分别设置冷却空气入口和冷却空气出口，并在铁芯中设置通过铁芯的内部、且经过铁芯的内周和转子的外周的间隙与冷却空气入口和冷却空气出口之间连通的冷却空气通道。
其结果，本发明冷却空气能够通过所述冷却空气通路，通过铁芯内部及其铁芯内周和转子外周的间隙冷却其铁芯内部和转子。因此能冷却定子的内周侧和转子，收到有效的冷却效果。
另外，该发明由于用冷却空气冷却转子的外周，与用冷却油冷却转子的外周的情况相比较，不会由于转子的离心力的作用而使冷却油很难进入转子的外周，并且也没有浸蚀冷却油通路的可能性等。另外，与冷却油比较，不会由于转子的转动搅拌冷却油而产生损失而出现转子旋转阻力变大等问题。
另外，本发明另一特征是分别在机壳内设置有冷却油入口和冷却油出口和冷却空气入口和冷却空气出口，并在铁芯上分别设置连通铁芯内部且连通冷却油入口和冷却油出口之间的冷却油通路、和连通其铁芯的内部且经过铁芯的内周和转子外周的间隙连通冷却空气入口和冷却空气出口间的冷却空气通路。
其结果，本发明冷却油可以靠通过铁芯部的冷却油通路经铁芯的内部冷却其铁芯的内部。而且靠所述冷却空气通路冷却空气可以通过铁芯内部及其铁芯的内周和转子外周的间隙冷却其铁芯的内部和转子。因此能冷却定子的内周侧和转子，收到有效的冷却效果。
另外，本发明由于用冷却空气冷却转子的外周，与用冷却油冷却转子的外周的情况相比较，不会由于转子的离心力的作用而使冷却油很难进入转子的外周，并且也没有浸蚀冷却油通路的可能性等。另外，与冷却油比较，不会由于转子的转动搅拌冷却油而产生损失而出现转子旋转阻力变大等问题。
而且，本发明由于从冷却油通路中到冷却空气通路中使冷却油雾化，从而可以得到利用冷却油的雾的汽化潜热的更有效的冷却效果。
另外，本发明通过冲压加工数种孔和(或)槽的数种薄钢片的组合，形成冷却油通路和冷却空气通路。
其结果本发明可以通过简单的冲压加工，可以简单地形成任意的冷却油通路和冷却空气通路。
图1是说明本发明的发电机的冷却结构的实施例的纵剖面图；图2是表示冷却油和冷却空气流动的冷却油通道和冷却空气通道说明图；图3是图2的III-III线的剖面图；图4是图2的IV-IV线的剖面图；图5是图2的V-V线的剖面图；图6是图2的VI-VI线的剖面图；图7是图2的VII-VII线的剖面图；图8是图2的VIII-VIII线的剖面图；图9是图6和图7的沿IX-IX线箭头向视图；图10是表示蛇形状的冷却油通道的局部剖面说明图；图11是表示带翅片的冷却油通道的局部剖面说明图；图12是表示螺旋状的冷却油通道的局部剖面说明图；图13是表示原动机为小型燃气轮机的发电机说明图；图14是表示现有的发电机的冷却结构的纵剖面图；图15是图14的XV-XV线的剖面图。
具体实施例方式
下面参照附图1到图12对本发明的发电机的冷却结构的实施例进行说明。该实施例不是对本发电机的冷却结构的限定。
图1到图9表示本发明的发电机的冷却结构的实施例。图中，与图13到图15中相同的符号表示相同的部分。
在壳体2的一端(在图1的右端)的上部设置冷却油入口26；在壳体2的另一端(在图1的左端)的下部设置冷却油出口27。另外，在该壳体2两端的内周面，分别设置连接所述冷却油入口26和所述冷却油出口27的两根环状冷却油通道41。另外，如图4和图8所示，在所述冷却油入口26和所述冷却油出口27连接有冷却油供给管45和冷却油排出管46。
另外，在铁芯7上设置通过铁芯7的内部且将所述冷却油入口26和所述冷却油出口27之间连通的冷却油通道28。另外，该冷却油入口26、冷却油出口27、冷却油通道28、环状冷却油通道41是与如图1 3到图15所示的所述冷却油入口9、所述冷却油出口10、所述冷却油通道11不同的部件。
在壳体2的中间和两端分别设置冷却空气入口29和两个冷却空气出口30。在壳体2的中间的内周面，设置与所述冷却空气入口29连通的环状冷却空气通道42。壳体2的两端的两个冷却空气出口30与收藏线圈8的端部的空间44连通。另外，在所述冷却空气入口29和冷却空气出口30，连接有冷却空气供给管(图中未显示)和冷却空气排出管(图中未显示)。
另外，在铁芯7上，设置通过铁芯7的内部且经过铁芯7的内周和转子4的外周的间隙5与所述冷却空气入口29和冷却空气出口30之间连通的冷却空气通道31。
所述冷却油通道28和所述冷却空气通道31是通过冲压加工设置有三种透孔15、33、34和或四种长槽16、32、35、43的五种薄钢片36、37、38、39、40组合而成。
即是，第一薄钢片36，如图3所示，与在图13到图15中所示的铁芯7相同，通过冲压加工形成设在中央的圆形的透孔15和从该透孔15呈放射状设置的多个长槽16。该第一薄钢片36是作为端板用的。
第二薄钢片37，如图4和图8所示，通过冲压加工形成设在中央的圆形的透孔15、从该透孔15呈放射状设置的多个长槽16和从外缘呈放射状设置的多个长槽32。另外，该第二薄钢片37形成径向的冷却油通道28。另外，在图4和图8中，显示有与所述长槽32连通的三个小圆形的透孔33。
第三薄钢片38，如图5所示，通过冲压加工形成设在中央的圆形的透孔15、从该透孔15呈放射状设置的多个长槽16和大致在中间与所述长槽32的底部对应设置的多个小圆形的透孔33。该第三薄钢片38形成轴向的冷却油通道28。
第四薄钢片39，如图6所示，通过冲压加工形成设在中央的大的圆形的透孔34、从透孔34呈放射状设置的多个长槽35和大致在中间在所述长槽35和长槽35之间设置的多个小圆形的透孔33。该第四薄钢片39形成轴向的冷却油通道28和径向的冷却空气通道31。另外，在该图6中，与图中显示设在中央的圆形的透孔15的同时，在图中显示与所述长槽35连通的三个长槽43。
第五薄钢片40，如图7所示，通过冲压加工形成设在中央的圆形的透孔15、从其透孔15呈放射状设置的多个长槽16、大致在中间设置的多个小圆形的透孔33和从外缘呈斜放射状设置的多个长槽43。该第五薄钢片40形成轴向的冷却油通道28和径向的冷却空气通道31。另外，在该图7中，在图中显示与所述长槽33连通的三个长槽32。
这样，所述冷却油通道28由所述第二薄钢片37的长槽32和所述第三薄钢片3、所述第四薄钢片39、所述第五薄钢片40的透孔33构成。另外，所冷却空气通道31由所述第四薄钢片39的透孔34和长槽35、所述第五薄钢片40的长槽43构成。另外，所述铁芯7由多张所述第一到第五薄钢片36～40层叠而成。
本实施形态的发电机中的冷却结构由以上结构组成。下面对其作用进行说明。
首先，经过冷却油供给管45将冷却油(在图1和图2中用实线箭头表示)供给冷却油入口26，然后，冷却油经过壳体2的环状冷却油通路41(图1和图2中的左侧)通过铁芯7内部的冷却油通路28(即由第二薄钢片37的长槽32和在第三薄钢片38和第四薄钢片39及第五薄钢片40上各自通孔33组成的冷却油通路28)，冷却该铁芯7的内部。冷却该铁芯7内部的冷却油经过壳体2的环状冷却油通路41(图1和图2中的右侧)，从冷却油出口27排到冷却油排出管46。
另外，通过冷却空气供给管将冷却空气(图1和图2中用虚线箭头表示)供给冷却空气入口29。于是，冷却空气经过机壳2的环状冷却空气通路42，通过铁芯7内部的冷却空气通路31(即由第四薄钢片39的通孔34及长槽35和第五薄钢片40的长槽43组成的冷却空气通路31)冷却该铁芯7的内部。该冷却空气通过铁芯7的内周与转子4的外周的间隙5冷却铁芯7的内部和转子4。冷却该铁芯7的内部和转子4的冷却空气经过壳体2的空间44，从冷却空气出口30排到冷却空气排出管。
而且，从冷却油通路28中到冷却空气通路31中冷却油雾化。于是，依靠冷却油雾的汽化潜热与所述冷却空气一样冷却铁芯7的内部和转子4。冷却铁芯7的内部和转子4的冷却油雾与冷却空气一道经过机壳2的空间44，从冷却空气出口30排到冷却空气排出管。
由于其它的冷却油(图1中用点划线表示)的流程和润滑油(图1中用点划线表示)的流程在所述图14和图15中进行了说明，故此处省略。
本实施形态的发电机中的冷却结构由于由以上结构组成，可以达到如下效果。即该实施形态的冷却结构冷却油可以通过铁芯7内部的冷却28冷却铁芯7的内部，因此能冷却定子6的内周侧和转子4，收到有效的冷却效果。例如，在只用冷却油冷却的情况就可以将转子4和定子6的温度冷却到约140℃以下。由于转子4和定子6的温度低于140℃，所以在使用引擎油的冷却油中没有任何问题。
另外，该实施形态的冷却结构冷却空气可以通过铁芯7内部的冷却空气通路31和该铁芯7的内周与转子4的外周的间隙5冷却该铁芯7的内部和转子4。因此能冷却定子6的内周侧和转子4，收到有效的冷却效果。例如在只用冷却空气冷却的情况转子4和定子6的温度能够冷却到大约140℃以下。
该实施形态的冷却结构，由于借助于冷却空气冷却转子4的外周，所以与用冷却油冷却转子的外周的情况相比较，不会由于转子的离心力的作用而使冷却油很难进入转子的外周，并且也没有浸蚀冷却油通路的可能性等。另外，与冷却油比较，不会由于转子的转动搅拌冷却油而产生损失而出现转子旋转阻力变大等问题。
另外，本发明另一特征是分别在机壳内设置有冷却油入口和冷却油出口和冷却空气入口和冷却空气出口，并在铁芯上分别设置连通铁芯内部且连通冷却油入口和冷却油出口之间的冷却油通路、和连通其铁芯的内部且经过铁芯的内周和转子外周的间隙连通冷却空气入口和冷却空气出口间的冷却空气通路。
其结果，本发明冷却油可以靠通过铁芯部的冷却油通路经铁芯的内部冷却其铁芯的内部。而且靠所述冷却空气通路冷却空气可以通过铁芯内部及其铁芯的内周和转子外周的间隙冷却其铁芯的内部和转子。因此能冷却定子的内周侧和转子，收到有效的冷却效果。
另外，本发明由于用冷却空气冷却转子的外周，与用冷却油冷却转子的外周的情况相比较，不会由于转子的离心力的作用而使冷却油很难进入转子的外周，并且也没有浸蚀冷却油通路的可能性等。另外，与冷却油比较，不会由于转子的转动搅拌冷却油而产生损失而出现转子旋转阻力变大等问题。
而且该实施形态的冷却结构靠从冷却油通路28中到冷却空气通路31中使冷却油雾化，利用冷却油雾的气化潜热收到更有效的冷却效果。例如通过冷却油雾冷却的情况转子4和定子6的温度能够冷却到大约120℃以下。
又由于该实施形态的冷却结构组合五种薄钢片36、37、38、39、40，其设置冲压加工的各种通孔15、33、34和(或)四种长槽16、32、35、43，形成冷却油通路28和冷却空气通路31。其结果通过简单的冲压加工就能够简单地形成28和冷却空气通路31。
特别是该实施形态的冷却结构即使在第二薄钢片37中在径向设置了形成冷却油通路28用的长槽32，在第五薄钢片40中也斜着设置了形成冷却空气通路31用的长槽43。因此如图7所示，能使第二薄钢片37的长槽32的开口缘和第五薄钢片40的长槽43的开口缘一致。由此当把多张第一到第五薄钢片36～40迭积构成铁芯7时，在铁芯7的外周可以进行焊接47(图7中用粗线表示)。
图10～图12是表示冷却油通路变形例的部分截面说明图。图10所示的冷却油通路48相对直行的所述冷却油通路28是蛇行通路。图11所示的冷却油通路是在直交的冷却油通路28上设置翅片的冷却油通路49。而图12的冷却油通路50是螺旋状的。
在所述实施形态中，虽然设置了冷却油通路28和冷却空气通路31，但在该发明中也可以只设置冷却油通路28或冷却空气通路31中的任何一方。
在该发明中，没有特别限定冷却油通路28、48、49、50，冷却空气通路31的形状。例如也可以在冷却空气通路31中，如图3中虚线所示，冷却空气通路用的长槽51通过长槽16的中间，并从铁芯7(薄钢片)的内缘到外缘设在径向上。
从以上所述可以明显看出，根据本发明的发电机中的冷却结构，冷却油可以通过铁芯内部的冷却油通路冷却其铁芯的内部。因此能冷却定子的内周侧和转子，收到有效的冷却效果。
另外，根据本发明的发电机中的冷却结构，冷却空气可以通过铁芯内部的冷却空气通路和其铁芯的内周与转子的外周的间隙冷却其铁芯的内部和转子。因此能冷却定子的内周侧和转子，收到有效的冷却效果。
根据本发明的发电机中的冷却结构，由于用冷却空气冷却转子的外周，与用冷却油冷却转子外周的情况相比，不会由于转子的离心力而使冷却油难以进入转子的外周，没有浸蚀冷却油通路的可能性等。而与冷却油比较，转子的旋转由于冷却油的搅拌产生损失，不会出现转子的旋转阻力变大等问题。
根据本发明的发电机中的冷却结构，冷却油能够通过铁芯内部的冷却油通路冷却铁芯内部，而且冷却空气能够通过铁芯内部的冷却空气通路和其铁芯的内周与转子外周的间隙冷却其铁芯的内部和转子。因此能够冷却定子的内周侧和转子，收到有效的冷却效果。
根据本发明的发电机中的冷却结构，由于用冷却空气冷却转子的外周，与用冷却油冷却转子外周的情况相比，由于转子的离心力冷却油难以进入转子的外周，没有浸蚀冷却油通路的可能性等。而与冷却油比较，转子的旋转由于冷却油的搅拌产生损失，不会出现转子的旋转阻力变大等问题。
而且，根据本发明的发电机中的冷却结构，通过从冷却油通路中到冷却空气通路中使冷却油雾化，利用冷却油雾的汽化潜热收到更有效的冷却效果。
根据本发明的发电机中的冷却结构，通过冲压加工数种孔和(或)槽的数种薄钢片的组合，形成冷却油通路和冷却空气通路。因此，通过简单的冲压加工，可以简单地形成任意的冷却油通路和冷却空气通路。
综上所述，根据本发明的发电机中的冷却结构，可以在转子高速旋转的发电机上收到有效的冷却效果。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1、一种发电机的冷却结构，该冷却定子的发电机包括机壳、收纳并可旋转地支持在所述机壳上的转子和收纳在所述机壳中并空出间隙配置在所述转子的外围的定子，所述定子由多片薄钢板迭成的铁芯和绕装在所述铁芯上的线圈构成，其特征在于在所述机壳上分别设置冷却油入口和冷却油出口，在所述铁芯中设置通过所述铁芯的内部并连通所述冷却油入口和所述冷却油出口之间的冷却油通路。
2、一种发电机的冷却结构，所述发电机包括机壳、收纳并可旋转地支持在所述机壳上的转子和收纳在所述机壳中并空出间隙配置在所述转子的外围的定子，所述定子由多片薄钢板迭成的铁芯和绕装在所述铁芯上的线圈构成，其特征在于在所述机壳上分别设置冷却空气入口和冷却空气出口，在所述铁芯中设置通过所述铁芯的内部，且经过铁芯的内周和转子的外周的间隙，并连通所述冷却空气入口和所述冷却空气出口之间的冷却空气通路。
3、一种发电机的冷却结构，所述发电机包括机壳、收纳并可旋转地支持在所述机壳上的转子和收纳在所述机壳中并空出间隙配置在所述转子的外围的定子，所述定子由多片薄钢板迭成的铁芯和绕装在所述铁芯上的线圈构成，其特征在于在所述机壳上分别设置冷却油入口和冷却油出口及冷却空气入口和冷却空气出口，在所述铁芯中设置通过所述铁芯的内部，并连通所述冷却油入口和所述冷却油出口之间的冷却油通路和通过所述铁芯的内部，经过铁芯的内周和转子的外周的间隙，并连通所述冷却空气入口和所述冷却空气出口之间的冷却空气通路，所述冷却油通路由大体在径向设置的径向冷却油通路和大体在轴向设置的轴向冷却油通路构成，所述冷却空气通路由在从所述铁芯的外周到中途之间设置的径向冷却空气通路和在从所述铁芯的内周到中途之间设置的径向冷却空气通路构成。
4、如权利要求1到3中任一项要求中所述的发电机的冷却结构，其特征在于通过组合由压制加工形成数种孔和或槽的数种薄钢板，形成冷却油通路和冷却空气通路。
权利要求
1.一种发电机的冷却结构，所述发电机包括机壳、收纳并可旋转地支持在所述机壳上的转子和收纳在所述机壳中并空出间隙配置在所述转子的外围的定子，所述定子由多片薄钢片迭成的铁芯和绕装在所述铁芯上的线圈构成，其特征在于在所述机壳上分别设置冷却油入口和冷却油出口；在所述铁芯中设置通过所述铁芯的内部并连通所述冷却油入口和所述冷却油出口之间的冷却油通路。
2.一种发电机的冷却结构，所述发电机包括机壳、收纳并可旋转地支持在所述机壳上的转子和收纳在所述机壳中并空出间隙配置在所述转子的外围的定子，所述定子由多片薄钢片迭成的铁芯和绕装在所述铁芯上的线圈构成，其特征在于在所述机壳上分别设置冷却空气入口和冷却空气出口，在所述铁芯中设置通过所述铁芯的内部、且经过铁芯的内周和转子的外周的间隙、并连通所述冷却空气入口和所述冷却空气出口之间的冷却空气通路。
3.一种发电机的冷却结构，所述发电机包括机壳、收纳并可旋转地支持在所述机壳上的转子和收纳在所述机壳中并空出间隙配置在所述转子的外围的定子，所述定子由多片薄钢片迭成的铁芯和绕装在所述铁芯上的线圈构成，其特征在于在所述机壳上分别设置冷却油入口和冷却油出口和冷却空气入口和冷却空气出口，在所述铁芯中设置通过所述铁芯的内部、并连通所述冷却油入口和所述冷却油出口之间的冷却油通路和通过所述铁芯的内部、经过铁芯的内周和转子的外周的间隙，并连通所述冷却空气入口和所述冷却空气出口之间的冷却空气通路。
4.如权利要求1到3中任一项要求中所述的发电机的冷却结构，其特征在于上述冷却油通路和冷却空气通路通过使由冲压加工形成有数种孔和或槽的数种薄钢片组合形成。
全文摘要
一种发电机的冷却结构。在该结构中，冷却油通过铁芯(7)内部的冷却油通道(28)将铁芯(7)内部冷却。另外，冷却空气通过铁芯(7)内部的冷却空气通道(31)和铁芯(7)的内周和转子(4)的外周的间隙(5)冷却铁芯(7)的内部和转子(4)。因此，可以冷却定子(6)的内周侧和转子(4)，从而得到有效的冷却效果。另外，通过从冷却油通道(28)向冷却空气通道(31)喷射冷却油，利用冷却油的气化潜热可以进一步得到有效的冷却效果。
文档编号H02K9/19GK1398452SQ01804790
公开日2003年2月19日 申请日期2001年12月11日 优先权日2000年12月11日
发明者吉田史朗, 荻田浩司 申请人:三菱重工业株式会社