JPH0819197A - 電気機械のステータ積層薄板体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ステータ積層薄板体の溝内に挿入され溝閉鎖
キー１２で該溝内に保持されたステータコイル導体１
０，１１を有する電気機械のステータ積層薄板体におけ
る個別の部分積層薄板体１，２間に半径方向の通気通路
４を形成する半径方向に延びるスペーサウエブ３が、コ
イル導体に対する冷却ガスの片側流動及び、エヤギャッ
プ５への戻り流動を生じないようにする。 【構成】 スペーサウエブ３の半径方向内側の端部に、
周方向で隣り合う部分通路４ａ，４ｂを互いに連通させ
る開孔１４又は中断部が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気機械のステータ積
層薄板体であって、ステータ積層薄板体中の溝内に挿入
されかつ溝閉鎖キーによりステータ積層薄板体中に保持
されたステータコイル導体を有し、溝閉鎖キーがステー
タ孔に対して引っ込んだ位置にあり、ステータ積層薄板
体が個別の部分積層薄板体から成り、該部分積層薄板体
がほぼ半径方向に延びているスペーサウエブにより互い
に隔てられて半径方向の通気通路を形成しており、該ス
ペーサウエブが、部分積層薄板体の両方の互いに向かい
合っている端面に不動に結合されており、かつ該スペー
サウエブが前記通気通路を多数の部分通路に分割してお
り、かつスペーサウエブの軸方向に延びているウエブ若
しくは帯状部分が部分通路相互を分離している形式のも
のに関する。

【０００２】

【従来の技術】このような形式のステータ積層薄板体は
例えば、“Konstruktion elektrischer Maschinen" （W
iedemann/Kellenberger著, Springer-Verlag Berlin/He
idelberg/New York 1967）の第２６２〜２６４頁、特に
第２６４頁の図１７１に記載されている。

【０００３】回転電気機械においては、ステータの通気
冷却方式に応じて、ステータ薄板の積層化が鉄心全長に
亙って連続的に行われていて冷却表面が薄板後部若しく
は歯部における通気孔により又はステータ孔前溝により
又は鉄心表面の拡張部により形成されているか、又はス
テータ薄板の積層構造が鉄心全長に亙って半径方向の通
気通路若しくは冷却スリットにより個々の単位に分けら
れている。これらの通気通路はスペーサウエブによって
形成され、該ウエブは一方の通路側において端部薄板上
にリベット止め又は点溶接により固定されている。スペ
ーサウエブの軸方向厚さは熱負荷を考慮して決められて
おり、６〜２０ｍｍ、場合により３０ｍｍである。

【０００４】スペーサウエブは比較的小型の機械の場合
には全体が、また比較的大型の機械の場合には薄板後部
の比較的低い磁気誘導範囲が鉄からなり、磁気誘導が比
較的高い歯の範囲が黄銅又は非金属材料から成る。この
場合Weidemann/Kellenbergerによれば、スペーサウエブ
の製作には積層中の押圧力、低い冷却媒体流動抵抗及び
冷却媒体ノイズを考慮しなければならない(流入-及び流
出エッジの丸め 第264頁、第1段、前掲刊行物)。

【０００５】前記刊行物に示唆されている手段（半径方
向内側のスペーサウエブ端部を丸くすること）は、出力
が次第に増大する場合には、十分な冷却効果を保証する
には既に不十分であることが判明している。殊にこの場
合には高温ガスを電気機械エヤギャップから排出する問
題が生じる。この場合機械エヤギャップ内を周方向に流
動するガスの大部分を急激に半径方向に変向させなけれ
ばならない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、簡単
にかつ経済的に申し分なく冷却されるはじめに述べた形
式のステータ積層薄板体を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この課題は本発明によれ
ば、 電気機械のステータ積層薄板体であって、ステー
タ積層薄板体中の溝内に挿入されかつ溝閉鎖キーにより
ステータ積層薄板体中に保持されたステータコイル導体
を有し、溝閉鎖キーがステータ孔に対して引っ込んだ位
置にあり、ステータ積層薄板体が個別の部分積層薄板体
から成り、該部分積層薄板体がほぼ半径方向に延びてい
るスペーサウエブにより互いに隔てられて半径方向の通
気通路を形成しており、該スペーサウエブが、部分積層
薄板体の両方の互いに向かい合っている端面に不動に結
合されており、かつ該スペーサウエブが前記通気通路を
多数の部分通路に分割しており、かつスペーサウエブの
軸方向に延びているウエブ若しくは帯状部分が部分通路
相互を分離している形式のものにおいて、スペーサウエ
ブの半径方向内側の端部に開孔が設けられており、又は
スペーサウエブが、前記開孔が周方向で隣り合う部分通
路を互いに連通させる部位で、中断されていることによ
って解決されている。

【０００８】

【発明の効果】スペーサウエブのエヤギャップ側の端部
区分の上記の本発明の構成によればステータ冷却スリッ
ト内における流動抵抗は著しく減少する。冷却通路内へ
の入口のところでの流れの強力な収縮はこのような形式
で緩和され又は完全に避けられる。さらにこの部位にお
ける比較的大きな動圧が静圧に変換される。さらに別の
利点として冷却ガスの戻り流の発生が避けられる。

【０００９】本発明は、所謂前溝を有するステータ積層
薄板体、換言すれば溝閉鎖キーがステータ歯部と面一に
位置しておらず半径方向で引っ込んでいる構成のステー
タ積層薄板体に特に適する。

【００１０】

【実施例】回転電気機械、例えば空冷ターボ発電機の部
分積層薄板体１，２から成るステータ積層薄板体の部分
的な縦断面図では、部分積層薄板体１，２はスペーサウ
エブ３によって互いに隔てられている。これらのスペー
サウエブは実施例の場合、１つのウエブ３ａと２つの平
行な脚３ｂとを有するＩ型材から成っている。このＩ型
材の代わりに別の型材、例えばＬ型材又はＵ型材を用い
ることも可能である（図４Ａ−Ａ線断面図参照）。この
ような形式で半径方向に延びる通気通路又は冷却スリッ
ト４が形成され、該通路又はスリットを通して冷却ガス
がステータ積層薄板体とロータ６との間の機械エアギャ
ップ５からガイドされる。この場合スペーサウエブ３の
軸方向に延びているウエブ３ａ（又はＬ若しくはＵ型材
の場合の脚）はこの冷却スリットを多数の部分通路４
ａ，４ｂ，４ｃ・・・に分割し、これらの部分通路はウ
エブ３ａによって互いに仕切られる。

【００１１】部分積層薄板体１，２は、典型的には０．
５ｍｍ厚の多数の互いに重ね合わせた薄板７、所謂電気
鉄板又はダイナモ鋼板から成る。大型の電気機械ではこ
の場合各薄板層は複数の薄板セグメントから成り（図２
の平面図参照）、これらのセグメントは各層ごとに周方
向に互いにずらされている。薄板７は薄板の接続を避け
るため両サイドに絶縁エナメル層（図示せず）を有して
いる。スペーサウエブ３ａは通常の形式で、比較的厚い
（典型的には１ｍｍ）の薄板からなる両端部薄板の１つ
７１又は７２上に固定されている。スペーサウエブ３を
有するこのような端部薄板セグメント７１の図２による
（正しい縮尺でない）平面図にはスペーサウエブ３の半
径方向の配置形式が示されており、該スペーサウエブは
セグメント７２の全歯範囲８を越えて薄板後部９まで延
びている。完全を期して図２には、ステータ溝内におい
て互いに重ね合わされているコイル導体１０，１１及び
溝閉鎖キー１２も示されている。これらの溝閉鎖キー１
２はステータ孔に対して半径方向外側へ引っ込んでお
り、従ってステータ孔と溝閉鎖キーとの間には所謂前溝
１３が形成されている。最後に図２には、ステータの緊
締ボルトが通される孔４′が示されている。

【００１２】電気機械における以上に述べた構成は公知
であり、例えばはじめに述べた本『電気機械の構造』
（“Konstruktion elektrischer Maschinen”)の上述の
箇所に記載されている。

【００１３】次に図２の部分拡大図である図３について
本発明が解決しようとする問題を説明する。この図３に
おいてここには示されていないロータ６の回転方向は矢
印Ｒで示されており、その他の矢印は機械エアギャップ
５から、端部薄板７１，７２及びスペーサウエブ３のウ
エブ３ａによって形成されている部分通路４内へ流れる
冷却ガス流をシンボル化したものである。

【００１４】冷却ガスはロータの回転方向Ｒで機械エア
ギャップ５から部分通路４ａ，４ｂ，．．内へ矢印方向
で流入する。研究によれば、この場合前溝１３の深さに
応じて、『片側』流動が優勢に生じる、即ち冷却される
べきコイル導体１０，１１のほぼ片側だけを冷却ガスが
流れる。このような片側流動はたんに冷却ガスとコイル
導体との間の熱交換を減少させるだけでなく、コイル導
体を回って機械エアギャップ５へ向かう戻り流動（図３
に破線で示す）を生じる。

【００１５】冷却作用を改善するために、図５によれ
ば、スペーサウエブ３のウエブ３ａのエアギャップ５側
の端部区分におけるほぼ溝閉鎖キー１２の高さに貫通切
欠き又は開孔１４が設けられており、これらは周方向で
隣り合う２つの部分通路４ａ，４ｂ間を局部的に連通す
る。ウエブ３ａに貫通切欠き又は開孔を設ける代わりに
スペーサウエブ３が溝閉鎖キー１２の半径方向高さ位置
で中断されているようにすることも可能である。これら
の開孔１４若しくは中断された両スペーサウエブ部分
の、開孔を形成している端部は、有利には、流動方向に
対して平行に、斜めに形成されている。開孔１４若しく
は中断部の流過面も大きさは１つの部分通路４ａ又は４
ｂの半径方向の流出面の大きさに相応しており、典型的
には開孔１４の半径方向高さと冷却スリットの幅の商は
１乃至３である。

【００１６】この場合図５に示されて入るコイル導体１
０，１１の両側流動が生じる。戻り流動は確実に避けら
れる。

【００１７】冷却作用のさらに高い改善は、エアギャッ
プ側の端部区分に設けられた開孔１４若しくは中断部の
他に、スペーサウエブ３がそのエアギャップ側の端部で
全体的にロータの回転方向Ｒに対して逆向きに、図６に
示されているように、湾曲している場合に、達成され
る。この湾曲はこの場合開孔１４のところから始まっ
て、スペーサウエブ３自体が終わっている、機械エアギ
ャップ５の直ぐ手前まで続いている。Ｉ、Ｌ又はＵ型の
スペーサウエブの曲げ加工を回避するために、湾曲区分
におけるウエブ３ａを省くことも可能である。この場合
ウエブ３ａは、開孔１４の、機械エアギャップ５側とは
反対側の開孔制限縁の高さ位置の、図６に破線で示され
ている部位で終わっている。この場合図６に示された、
コイル導体１０，１１に対する両側流動が生じ、戻り流
動は確実に避けられる。

【００１８】図７には図６について説明されたスペーサ
ウエブ３のバリエーションが示されている。図７ではス
ペーサウエブ３のエアギャップ５側の端部は直線的に延
びている。スペーサウエブ３の、半径方向でさらに外側
にある区分の端部３ａ′は曲げ出されてロータの回転方
向Ｒに対して逆向きに湾曲している。ここには特にスペ
ーサウエブの２部分から成る構造が示されている。 半
径方向外側のスペーサウエブ部分の脚３ｂは湾曲が始ま
る部位で終わり、延長されているウエブ端部は前記のよ
うに湾曲している。半径方向内側のスペーサウエブ部分
は真直ぐに形成され半径方向に延びている。場合によっ
ては半径方向に対してある角度だけずらして端部薄板７
１，７２上に固定されていてもよい。

【００１９】この場合にもコイル導体１０，１１に対す
る図７に示されている両側流動が生じ、戻り流動は確実
に避けられる。

【００２０】以上に述べた実施例では、部分通路４ａ，
４ｂ内へ流入する冷却ガスは冷却スリットに嵌められた
溝閉鎖キーを回って流れなければならなかった。さらに
該溝閉鎖キーはその支持機能上予め規定される形状、例
えば台形、に基づいて自由な流過横断面を狭める。

【００２１】冷却作用をさらに改善するために、図８に
よれば、溝閉鎖キー１２は冷却スリット４の範囲に例え
ばクサビ状の切欠き１５を有しており、該切欠きはロー
タ６の回転方向Ｒで、要するに冷却ガスの流動方向で徐
々に拡張されている。楔の尖端は流入側の、機械エアギ
ャップ５側の楔エッジにある。流出側で楔面１６は溝壁
１７で終わっている。このように構成された溝閉鎖キー
は図９に示されており、かつ図１０は、このような溝閉
鎖キーが延びている冷却スリットの内側からの部分的な
平面図である。この切欠きは平らな楔面１６の代わり
に、図８に破線で示されているように、凸レンズ状の、
要するに外側へ湾曲した面を有していてもよい。

【００２２】冷却作用のさらに別の改善手段として、図
８に上下方向破線で示されているように、溝閉鎖キー１
２が、冷却スリットの範囲（部分通路４ａ，４ｂ・・・
のそれぞれ左半部）で、該溝閉鎖キーが冷却スリットの
範囲で溝壁１７と面一になるように、切欠かれているよ
うにすることも可能である。

【００２３】冷却スリット４の範囲における溝閉鎖キー
１２の上に述べた特殊な構成は勿論先に述べた他の全て
の、図５，６及び７に示された実施例の場合にも使用す
ることができる。さらに本発明はスペーサウエブの図示
の断面形状に制限されるものではなく、Ｌ型，Ｈ型及び
その他の型材のスペーサウエブでも実施することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】回転電気機械の、部分積層薄板体から成る公知
のステータの部分的縦断面図。

【図２】ステータ溝及びスペーサウエブを有する薄板セ
グメントの縮小平面図。

【図３】本発明が解決しようとした問題を説明するため
の、図２の一部の拡大詳細図。

【図４】図３のＡ−Ａ線による冷却スリットの縦断面
図。

【図５】全長に亙って真直ぐに延びていて、電気機械エ
アギャップ側の端部区分に開孔を有し又はこの部位で中
断されているＩ型材のスペーサウエブを有する本発明の
第１実施例を示す図。

【図６】エアギャップ側の端部区分に開孔を有しかつロ
ータの回転方向に対して逆向きに湾曲している、Ｉ型材
のスペーサウエブを有す第２実施例を示す図。

【図７】図１及び２による開孔を有し、外側のスペーサ
ウエブの半径方向内側の端部がロータの回転方向に対し
て逆向きに湾曲している本発明の第３実施例を示す図。

【図８】図６の構成のバリエーションとして、さらに付
加的に溝閉鎖キーが冷却スリットの範囲に楔状切欠きを
有する第４実施例を示す図。

【図９】楔状切欠きを有する溝閉鎖キーの斜視図。

【図１０】図９の溝閉鎖キーが設けられる冷却スリット
の内側からの部分的平面図。

【符号の説明】

１，２ 部分積層薄板体 ３ スペーサウエブ ３ａ ウエブ ３ａ′ 湾曲した端部 ３ｂ 脚 ４ 冷却スリット ５ 機械エアギャップ ６ ロータ ７ 薄板 ８ 歯範囲 ９ 薄板後部 １０，１１ ステータコイル導体 １２，１２ａ 溝閉鎖キー １３ 前溝 １４ 開孔 １５ 切欠き １６ 楔面 １７ 溝壁面

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気機械のステータ積層薄板体であっ
   て、ステータ積層薄板体中の溝内に挿入されかつ溝閉鎖
   キー（１２）によりステータ積層薄板体中に保持された
   ステータコイル導体（１０，１１）を有し、溝閉鎖キー
   （１２）がステータ孔に対して引っ込んだ位置にあり、
   ステータ積層薄板体が個別の部分積層薄板体（１，２）
   から成り、該部分積層薄板体がほぼ半径方向に延びてい
   るスペーサウエブ（３）により互いに隔てられて半径方
   向の通気通路（４）を形成しており、該スペーサウエブ
   が、部分積層薄板体（１，２）の両方の互いに向かい合
   っている端面に不動に結合されており、かつ該スペーサ
   ウエブ（３）が前記通気通路を多数の部分通路（４ａ，
   ４ｂ，・・・）に分割しており、かつスペーサウエブ
   （３）の軸方向に延びているウエブ（３ａ）若しくは帯
   状部分が部分通路（４ａ，４ｂ，・・・）相互を分離し
   ている形式のものにおいて、スペーサウエブ（３）の半
   径方向内側の端部に開孔（１４）が設けられており、又
   はスペーサウエブ（３）が、前記開孔（１４）が周方向
   で隣り合う部分通路（４ａ，４ｂ）を互いに連通させる
   部位で、中断されていることを特徴とする、電気機械の
   ステータ積層薄板体。
2. 【請求項２】 開孔（１４）若しくは中断部が、冷却ガ
   スの流動方向に対してほぼ平行に傾斜していることを特
   徴とする、請求項１記載のステータ積層薄板体。
3. 【請求項３】 開孔（１４）がスペーサウエブ（３）
   の、溝閉鎖キー（１２）の半径方向高さにほぼ相当する
   部位に配置されていることを特徴とする、請求項１又は
   ２記載のステータ積層薄板体。
4. 【請求項４】 スペーサウエブ（３）のエアギャップ側
   の端部区分がロータ（６）の回転方向（Ｒ）に対して逆
   向きに湾曲しており、該湾曲が、半径方向外側からみ
   て、溝閉鎖キー（１２）の高さにほぼ相当する部位から
   始まって機械エアギャップ（５）の直ぐ手前まで達して
   いることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか
   １項記載のステータ積層薄板体。
5. 【請求項５】 溝閉鎖キー（１２）が通気通路（４）の
   範囲に、ロータ（６）の回転方向（Ｒ）で徐々に拡張し
   ている第１の切欠き（１５）を有していることを特徴と
   する、請求項１から４までのいずれか１項記載のステー
   タ積層薄板体。
6. 【請求項６】 切欠き（１５）が、機械エアギャップ
   （５）側にある流入側のキーエッジから始まり流出側に
   おいて溝壁（１７）で終わっていることを特徴とする、
   請求項５記載のステータ積層薄板体。
7. 【請求項７】 溝閉鎖キー（１２）が通気通路（４）の
   範囲に、前記第１の切欠き（１５）の流出側端部に向か
   い合って位置する第２の切欠きを有し、該第２の切欠き
   が、該切欠き底面がステータ溝の壁面（１７）とほぼ一
   平面をなすように、形成されていることを特徴とする、
   請求項５又は６記載のステータ積層薄板体。