JP2000050576A

JP2000050576A - 回転電機の回転子冷却装置

Info

Publication number: JP2000050576A
Application number: JP10214405A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Murata; 田大輔村; Yasuo Kahata; 幡安雄加; Takeshi Ubusawa; 澤猛生
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-07-29
Filing date: 1998-07-29
Publication date: 2000-02-18

Abstract

(57)【要約】【課題】コイルエンド部の冷却性能を向上させ、コイ
ルの最高温度を下げ、さらには各コイル間の温度分布を
均一にする。【解決手段】コイルエンド部４を、外周側の保持環５
と軸端側のセンタリングリング６と内径側の塞ぎ板２５
とで構成される密閉室内に収納し、センタリングリング
６に形成した通風孔から密閉室内に導入された冷却ガス
を、コイルエンドターン部においてコイル内の通風孔お
よびコイル間の間隔片により形成された通風路により回
転子軸方向に通流させて各コイルにコイル軸方向に形成
した通風孔に導入し、さらにコイルエンド部のコイル曲
げ部およびコイルエンド直線部を通流させて回転子鉄心
内部へと導き、回転子鉄心端部に形成した半径方向流路
から回転子表面に排出する冷却風路を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はタービン発電機など
の回転電機の回転子冷却装置、特に回転子コイルエンド
部の冷却装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】タービン発電機等の大形回転電機では回
転子コイルの冷却性能が発電機の性能や体格を左右する
重要な要素である。回転子コイルは、コイル内に冷却ガ
スを循環させて冷却する。

【０００３】この種の従来の回転子のコイルエンド部の
軸方向縦断面図を図２２に、コイルエンド部の展開平面
図を図２３に、鉄心内のスロット断面図を図２４に示
す。

【０００４】回転子コイル１は回転子軸５０上に構成さ
れた回転子鉄心８の外周部に所定の中心角間隔で形成さ
れたスロット２内にスロット絶縁物１６ａを介して多重
環状に装着されている。コイル１のターン間にはターン
絶縁物１６ｂが配置され、最外周コイル上には最外層絶
縁物１６ｃが配置され、さらにその上に、くさび１７が
配置されている。回転子鉄心端面３から軸方向外側には
み出した回転子コイルエンド部４は保持環５およびセン
タリングリング６により外周方向および自由端方向が取
り囲まれ、回転遠心力に対し保持される。保持環５およ
びセンタリングリング６内で回転子コイル１はその相互
間等に配置された間隔片７により所定の間隔に保持され
る。コイル１内にはコイル長手方向の冷却ガス通流用の
通風孔９が形成されている。なお、各絶縁物１６ａ，１
６ｂ，１６ｃを絶縁物１６と総称する。

【０００５】冷却ガス１０の一部はコイル１と回転子軸
５０との間の空隙を通って鉄心８の内部へ導入される
が、他の一部は、保持環５の下の各コイル間に形成され
ている半径方向の通風路に分岐し、さらにコイルエンド
ターン部１１のコイル側面に形成された通風孔１２から
コイル内の通風孔９を通ってコイル１を冷却する。回転
子直径が大きくコイルエンド部４の長い大容量機では、
コイル直線部１４にも通風孔１３が設けられており、コ
イルエンドターン部１１からの冷却ガスと合流した後、
冷却ガスはコイル直線部１４を冷却し、鉄心端部の内部
において半径方向に形成した冷却パス１８から回転子外
周側へ排出される。なお、鉄心８内に導入された冷却ガ
スは周知の態様に従ってコイル１を冷却するが、それは
本発明の対象外であり、ここでは詳細説明を省略する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のようなコイルエ
ンド部４の冷却構造においては、冷却ガス１０がコイル
１の長手方向に通流してコイルを冷却するため、冷却ガ
ス１０の取入口のある極中心１５付近のコイル温度に比
べて鉄心端面３付近のコイル温度が高くなる。さらに、
外周側に巻線されたコイルほどコイルエンド部の長さが
長くなるため、内周側のコイルよりも外周側コイルの温
度が高くなる。

【０００７】回転子コイル温度はコイルを絶縁する絶縁
物１６に用いる材料の温度上限により厳しく制限されて
おり、局所的にコイル温度の高い部位が生じる場合、他
の部位のコイル温度はそれほど高くないのにコイル電流
を制限して発熱量を抑えなければならなくなり、所定の
電機出力を発揮させることができないという事態にな
る。

【０００８】また、各コイル間に温度差があると、コイ
ルエンド部４における熱膨張の不平衡により軸振動が生
じ、発電機の信頼性が低下する。

【０００９】さらに、コイル曲げ部２１に通風孔９を形
成する構造の場合、曲げ加工時に通風孔９が変形して通
風流路断面積が減少したり、積層したコイル間に隙間が
生じて冷却ガスが漏れたりするというおそれがあり、そ
の結果、必要な冷却風量を確保することができず、コイ
ル温度が予想以上に高くなってしまうことがある。

【００１０】以上の各点を考慮し、本発明は、回転子コ
イルのコイルエンド部を効率的かつ均一に冷却し、それ
により大きなコイル電流を許容し得る信頼性の高い回転
電機の回転子冷却装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る回転電機の回転子冷却装置は、円筒
状の回転子鉄心の外周部に所定の中心角間隔で形成され
たスロット内に多重環状に装着され個々のコイルに長手
方向に沿って冷却用の通風孔を形成した界磁コイルの、
回転子鉄心から軸方向に露出するコイルエンド部の外周
側に配置されコイルエンド部を回転時の遠心力に対し放
射方向へ変位しないように支持する保持環と、この保持
環の自由端にこれを支持しコイルエンド部の軸方向端面
部を覆うように配置されたセンタリングリングと、コイ
ルエンド部の内径側に保持環およびセンタリングリング
と共にコイルエンド部を収納した環状の密閉室を形成す
るように配置された塞ぎ板と、コイルエンド部における
各層間に配置された間隔片とを備え、センタリングリン
グを貫通して形成した通風孔から密閉室内に導入された
冷却ガスを、コイルエンドターン部において通風孔およ
び間隔片により形成された通風路により回転子軸方向に
通過して通風孔に導入し、さらにコイルエンド部のコイ
ル曲げ部およびコイルエンド直線部を通過して回転子鉄
心内部へと導き、回転子鉄心の端面部に形成した半径方
向流路から回転子表面に排出する冷却風路を構成したこ
とを特徴とするものである。

【００１２】請求項１に係る発明によれば、各通風路の
長さがほぼ一定になるため、コイル間の温度分布を均一
化することができる。また、従来の冷却方法と比較して
コイル温度が高くなる外周側のコイルの通風路が短くな
るため、コイルの長手方向の温度差が小さくなり、かつ
最高温度を低減することができる。

【００１３】請求項２に係る発明は、請求項１に記載の
回転電機の回転子冷却装置において、塞ぎ板をコイルエ
ンドターン部からコイル曲げ部までの範囲にのみ配置
し、コイル曲げ部の各コイル間の空隙に間隔片を配置し
て保持環内のコイルエンドターン部のみを密閉し、コイ
ルエンドターン部のコイル軸方向に形成した通風孔とセ
ンタリングリングに形成した通風孔とを個々に連通さ
せ、保持環の下を流れる冷却ガスをコイル内に導入しセ
ンタリングリングから各通風孔に導入された冷却ガスと
合流させてコイル直線部を冷却するように構成したこと
を特徴とするものである。

【００１４】請求項３に係る発明は、請求項２に記載の
回転電機の回転子冷却装置において、センタリングリン
グから導入する冷却ガスの通風孔と、コイル直線部から
導入する冷却ガスの通風孔とを独立した風路を形成する
ように構成したことを特徴とするものである。

【００１５】請求項２および３に係る発明によれば、コ
イル直線部に冷却ガスの導入部を形成するため、コイル
温度が高くなる鉄心端付近のコイル温度をより低く保つ
ことができる。

【００１６】請求項４に係る発明は、請求項１ないし３
のいずれかに記載の回転電機の回転子冷却装置におい
て、センタリングリングからコイル軸方向に形成した各
通風孔に導入した冷却ガスが、コイル曲げ部においては
界磁コイル間の空隙を通過し、コイル直線部で再びコイ
ル軸方向に形成した通風孔に流入するように冷却風路を
構成したことを特徴とするものである。

【００１７】請求項４に係る発明によれば、請求項１な
いし３に係る発明の効果に加えて、さらに、コイル曲げ
部に通風孔を設けていないため、コイル曲げ加工時に通
風孔が閉塞されることがなく、信頼性の高い回転子ない
し回転子冷却装置を提供することができる。

【００１８】請求項５に係る発明は、請求項２に記載の
回転電機の回転子冷却装置において、センタリングリン
グから導入した冷却ガスはコイル内の通風孔と間隔片に
より形成された通風路によりコイルエンドターン部を回
転子軸方向に通過して最内周コイル内側の鉄心極部に形
成した排気溝を通って回転子表面に排出し、コイル直線
部にはコイル軸方向に形成した通風孔に保持環内を流れ
る冷却ガスを導入するように構成したことを特徴とする
ものである。

【００１９】請求項６に係る発明は、請求項５に記載の
回転電機の回転子冷却装置において、コイルエンドター
ン部に複数本形成した通風孔のうち各コイルのコイル曲
げ部に沿う部分は他より太い通風孔とし、他の部分の通
風孔はコイル曲げ部に沿った通風孔に合流するように構
成したことを特徴とするものである。

【００２０】請求項７に係る発明は、請求項５に記載の
回転電機の回転子冷却装置において、コイルエンドター
ン部に複数本形成した通風孔のうち各コイルの極中心部
に沿って他より太い通風孔を配設し、他の通風孔は極中
心部に沿った通風孔に合流するように構成したことを特
徴とするものである。

【００２１】請求項５ないし７に係る発明によれば、通
風路をコイルエンドターン部とコイル直線部に分けたこ
とにより各経路の流路長さを短くすることができ、コイ
ル温度をさらに低減することができる。

【００２２】請求項８に係る発明は、請求項５に記載の
回転電機の回転子冷却装置において、塞ぎ板およびコイ
ルエンドターン部に、コイルエンド部の各コイル間の空
隙を上下に分割された通風路を形成するように構成し、
コイルエンド部の上側にはセンタリングリングに形成し
た通風孔から冷却ガスを導入し、下側のコイルエンド部
には塞ぎ板に形成した通風孔から冷却ガスを導入し、各
冷却ガスはコイルエンドターン部を回転子軸方向に通過
し最内周コイル内側の鉄心極部に放射方向に形成した排
気孔を通って回転子表面に排出されることを特徴とする
ものである。

【００２３】請求項９に係る発明は、請求項８に記載の
回転電機の回転子冷却装置において、塞ぎ板に、コイル
エンド部の個々のコイル間に形成されている通風路に連
通する冷却ガス導入口を回転子軸の方向に分布して複数
個形成したことを特徴とするものである。

【００２４】請求項８および９に係る発明によれば、請
求項５に係る発明と同様の効果を奏する上に、コイルエ
ンド部の通風路を上下に分割し、ガスの導入口をそれぞ
れに形成したことにより、冷却風量をより多く確保する
ことができ、また、下流となる内周側のコイルに温度の
低い冷却ガスを供給することができるため、コイルエン
ドターン部のコイル温度を低くすることができる。

【００２５】請求項１０に係る発明は、請求項５に記載
の回転電機の回転子冷却装置において、冷却ガスをコイ
ルエンド部のコイル最内周部の空隙から塞ぎ板に開けた
通風孔を介してエンドターン部へと導入し、コイル内の
通風孔と間隔片により形成された通風路をセンタリング
リング方向に通風し、センタリングリングに形成した通
風孔から回転子外部へ排気するように構成したことを特
徴とするものである。

【００２６】請求項１１に係る発明は、請求項１０に記
載の回転電機の回転子冷却装置において、密閉室の冷却
ガス導入口をコイル最内周部と各コイル間の空隙に設
け、冷却ガスをセンタリングリング方向に通風し、セン
タリングリングに形成した通風孔から回転子外部へ排出
するように構成したことを特徴とするものである。

【００２７】請求項１２に係る発明は、請求項１０また
は１１に記載の回転電機の回転子冷却装置において、回
転子コイルと間隔片とから形成される通風路を回転子軸
方向に対して回転子回転方向とは逆方向に斜めに配設し
たことを特徴とする。

【００２８】請求項１０ないし１２に係る発明によれ
ば、すでに述べた請求項５ないし９に係る発明と同様の
効果を奏することができる。

【００２９】請求項１３に係る発明は、請求項１０また
は１１に記載の回転電機の回転子冷却装置において、コ
イルエンドターン部の通風路を最外周コイル側と最内周
コイル側とに分割し、センタリングリングの中心部に形
成した通風孔から導入した冷却ガスを最外周コイル側の
通風路を通流した冷却風はセンタリングリングの外周側
に形成した通風孔から排出し、最内周コイル側の通風路
を通流した冷却風は鉄心極部に形成した排気孔から排出
するように構成したことを特徴とする。

【００３０】請求項１３に係る発明によれば、請求項５
に係る発明と同様の効果を奏する上に、コイルエンドタ
ーン部の通風路をさらに細分化したことにより各流路長
さを短くすることができ、コイル温度をさらに低減する
ことができる。

【００３１】請求項１４に係る発明は、請求項１０ない
し１３のいずれかに記載の回転電機の回転子冷却装置に
おいて、コイルエンドターン部の通風路をそれぞれコイ
ル積層方向に複数段に分割し、各通風路に、塞ぎ板に形
成した通風孔からの冷却ガスを導入するガス導入口を設
けたことを特徴とするものである。

【００３２】請求項１４に係る発明によれば、請求項１
０ないし１３と同様の効果を奏すると共に、さらに通風
路を上下に複数に分割し、ガスの導入口をそれぞれに形
成したことにより冷却風量を多く確保することができ、
また、下流となるコイルに温度の低い冷却ガスを供給す
ることができるため、コイルエンドターン部のコイル温
度を低くすることができる。

【００３３】請求項１５に係る発明は、請求項１ないし
１４のいずれかに記載の回転電機の回転子冷却装置にお
いて、センタリングリングに形成する通風孔を回転子軸
に対して斜めにしたことを特徴とするものである。

【００３４】請求項１５に係る発明によれば、センタリ
ングリングに形成した通風孔を、回転子回転方向に斜め
に開けたことにより、通風孔に冷却ガスが流入する時に
生じる入口損失を低減することができ、冷却風量が増加
しコイルエンドターン部のコイル温度を低くすることが
できる。同様に、通風孔から排気する場合は、回転方向
と逆方向に斜めに孔を設けることにより、通風孔から流
出する時に生じる出口損失を低減することができ、冷却
風量が増加しコイルエンドターン部のコイル温度を低く
することができる。

【００３５】請求項１６に係る発明は、請求項１５に記
載の回転電機の回転子冷却装置において、センタリング
リングの通風孔に対向するように、センタリングリング
の軸方向外側に、固定子側に配置した冷却風導入用静翼
を備えたことを特徴とするものである。

【００３６】請求項１６に係る発明によれば、センタリ
ングリングに形成した通風孔に流入する冷却ガスの流速
分布を静翼によって整流することにより、効率よく通風
孔に取り込むことができ、コイルエンドターン部を通過
する冷却風量が増加しコイルエンドターン部のコイル温
度を低くすることができる。

【００３７】請求項１７に係る発明は、請求項１ないし
９のいずれかに記載の回転電機の回転子冷却装置におい
て、最外周コイルの外側で塞ぎ板とセンタリングリング
との間に、密閉室内に冷却ガスを導入する隙間を形成し
たことを特徴とするものである。

【００３８】請求項１８に係る発明は、請求項１７に記
載の回転電機の回転子冷却装置において、センタリング
リングに形成した切欠きと、最外周コイルとセンタリン
グリングの間の隙間とから密閉室内に冷却ガスを導入す
ることを特徴とするものである。

【００３９】請求項１７または１８に係る発明によれ
ば、強度的な制限からセンタリングリングに十分な通風
孔の流路面積が確保できない場合であっても密閉室内に
冷却ガスを良好に導入することができる。

【００４０】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）（請求項１
対応）図１は本発明の第１の実施の形態による回転子のコイル
エンド部の縦断面図を示し、図２はコイルエンド部の展
開平面図を示したものである。

【００４１】コイルエンド部４においてコイル１の内径
側すなわち回転子軸５０側に塞ぎ板２０を配置して保持
環５およびセンタリングリング６とにより環状の密閉室
を構成し、この密閉室の中にコイル１のコイルエンド部
４が収納される形とする。センタリングリング６に開け
た通風孔１９を介して導入された冷却ガス１０は回転子
軸方向通風孔９ａを通流し、さらに間隔片７により相互
に離隔され、かつ各コイルの長手方向に沿って形成され
た通風孔９ｂに沿って通流する。長手方向に形成された
通風孔９ｂは鉄心８の内部で半径方向流路３１に連通し
ており、回転子軸５０の外周に沿って鉄心８内に導入さ
れ半径方向に分岐された冷却ガスと合流して回転子外周
面から放射方向に排出される。以上のように冷却ガス１
０がコイルエンド部４の通風孔９ａ，９ｂを通流する過
程でコイル曲げ部２１およびコイル直線部１４を冷却す
る。

【００４２】本実施の形態によれば、各コイルの通風路
の長さをほぼ一定にすることができるるため、コイル間
の温度差をなくし、各コイルの温度を均一化することが
できる。また、従来の冷却構造と比較して、コイル温度
が高くなる外周側のコイルの通風路が短くなるため、コ
イルの長手方向の温度差が小さくなり、かつ最高温度を
低減することができる。

【００４３】さらに、保持環５の内周側を通過する冷却
ガスに関しても、保持環５内のコイルヘ分岐することに
よる分岐損やコイルの凹凸による流路抵抗が、塞ぎ板２
０を設けることにより低減されるため、通風抵抗が小さ
くなり鉄心内部への冷却流量が増加し、コイルを効率的
に冷却することができる。

【００４４】（第２の実施の形態）（請求項２対応）図３は本発明の第２の実施の形態によるコイルエンド部
の展開平面図を示すものである。

【００４５】この実施の形態の基本的構成は図１，２に
示したものと同様であるが、コイル内径側に配置する塞
ぎ板２０をコイルエンドターン部１１からコイル曲げ部
２１までとし、かつコイル曲げ部２１の各コイル間の空
隙に間隔片２２を配置して、保持環５内のコイルエンド
ターン部１１のみを密閉する構造としたものである。こ
れに関連して、コイル直線部１４には冷却ガスを導入す
る通風孔１３を形成するものとする。

【００４６】冷却ガス１０は、センタリングリング６に
形成した通風孔１９から保持環５内に導入され、回転子
軸方向の通風孔９ａを通って各コイルを冷却する。さら
に冷却ガス１０はコイルの長手方向通風孔９ｂに導か
れ、その過程でコイル曲げ部２１を冷却する。コイル直
線部１４においては、保持環５内を流れる冷却ガスを通
風孔１３からコイル内へ導入し、コイルエンドターン部
１１からの冷却ガスと合流させてコイル直線部１４を冷
却し、鉄心８内部へと導かれ、その半径方向流路から回
転子外周面から排出される。

【００４７】本実施の形態の作用は請求項１と同様であ
るが、さらに、コイル直線部１４に冷却ガスの導入口を
設け、温度の低いガスをコイル直線部から導入するた
め、コイル温度が高くなる鉄心端付近のコイル温度を低
く保つことができる。

【００４８】（第３の実施の形態）（請求項３対応）図４は本発明の第３の実施の形態によるコイルエンド部
の展開平面図を示している。

【００４９】図４の実施の形態の基本的構成は図３に示
したものと同様であるが、この実施の形態においては、
コイルエンドターン部１１からの通風孔９ｃと直線部通
風孔１３から取り入れる通風孔９ｄを別々に形成したも
のである。

【００５０】本実施の形態の作用・効果は請求項２と同
様である。

【００５１】（第４の実施の形態）（請求項４対応）図
５は本発明の第４の実施の形態のコイルエンド部４の展
開平面図を示している。

【００５２】図４の実施の形態の基本的構成は図３に示
したものと同様であるが、この実施の形態ではコイル曲
げ部２１において冷却ガスがコイル間の空隙を通過し、
コイル直線部１４で再びコイル長手方向に形成した通風
孔に入るように、通風孔９と間隔片２２を配設したもの
である。

【００５３】センタリングリング６からコイル長手方向
通風孔に導かれた冷却ガスは、コイル曲げ部２１の直前
でコイル側面に排出され、コイル間の空隙を通過して、
コイル曲げ部２１直後で再びコイル内部の通風孔へ導入
される。

【００５４】本実施の形態の作用は請求項１〜３と同様
であるが、さらにコイル曲げ部２１に通風孔を設けてい
ないため、コイル曲げ加工時に通風孔が閉塞されること
がなく、信頼性の高い回転子冷却装置を提供することが
できる。

【００５５】（第５の実施の形態）（請求項５対応）図６は本発明の第５の実施の形態によるコイルエンド部
の展開平面図を示している。

【００５６】この実施の形態においては、請求項２に係
る発明と同様にコイルエンドターン部１１を間隔片２２
および塞ぎ板２０によって密閉する。この実施の形態で
は、コイルエンド部４の通風路とコイル直線部１４の通
風路を別々にしたものである。すなわち、センタリング
リング６から導入された冷却ガスはコイル内の通風孔９
ｅと間隔片７により形成された通風路によりコイルエン
ドターン部１１を回転子軸方向に通過しコイルを冷却す
る。最内周コイルを通過した冷却ガス１０は鉄心極部２
３に形成した排気溝２４を通って回転子表面に排出す
る。コイル直線部１４はコイル軸方向に形成した通風孔
９ｂに保持環５内を流れる冷却ガスを導入する。

【００５７】本実施の形態の作用は、通風路をコイルエ
ンドターン部１１とコイル直線部１４に分けたことによ
り各経路の流路長さを短くすることができ、コイル温度
を低減することができる。また、コイル曲げ部２１に通
風孔を設けていないため、コイル曲げ加工時に通風孔が
閉塞することがなく、信頼性の高い回転子冷却装置を提
供することができる。

【００５８】（第６の実施の形態）（請求項６対応）図７は本発明の第６の実施の形態によるコイルエンド部
の展開平面図を示している。

【００５９】この実施の形態の基本構成は図６に示した
請求項５に係る発明の実施の形態と同様である。この実
施の形態では、コイルエンドターン部においてコイル曲
げ部に最も近い通風路９ｆを下流にいくほど太くし、そ
れより極中心側の通風路９ｅが通風路９ｆに合流するよ
うに構成したものである。

【００６０】センタリングリング６の通風孔１９から流
入した冷却ガスは通風路９ｆ，９ｄをそれぞれ通って最
内周コイル内側に流出し、鉄心極部２３に形成した排気
溝２４を通って回転子表面に排出する。

【００６１】この実施の形態の構成によれば、コイル曲
げ部２１に近い流路ほど流路断面積が狭い部分の長さが
短く、流路抵抗が小さいためより多くの冷却ガスが流れ
る。また、各通風路からの冷却ガスが合流して冷却風量
が増加しても通風路９ｆを下流に行くほど太くなるよう
に構成したため、通風抵抗の上昇を低く押さえることが
でき、効率的に冷却ガスを通風しコイルエンドターン部
１１のコイル温度を低く保つことが可能である。特に、
回転子径が大きくコイルエンドターン部１１の長さが長
くなりコイル曲げ部２１付近のコイル温度が高くなる場
合、冷却ガスがコイル曲げ部２１ほど多く流れる構造と
なっているため、コイル温度分布の均一化を図ることが
できる。

【００６２】（第７の実施の形態）（請求項７対応）図８は本発明の第７の実施の形態によるコイルエンド部
の展開平面図を示している。この実施の形態の基本構成
は図６に示した請求項５に係る発明の実施の形態と同様
である。この実施の形態では、コイルエンドターン部１
１において極中心１５に太い通風路９９を設け、それに
よりコイル曲げ部２１側の通風路９ｅが通風路９９に合
流するように構成したものである。

【００６３】センタリングリング６の通風孔１９から流
入した冷却ガスは通風路９ｇ，９ｄをそれぞれ通って最
内周コイル内側に流出し、鉄心極部２３に形成した排気
溝２４を通って回転子表面に排出する。

【００６４】この実施の形態の構成によれば、極中心１
５に形成した通風路９ｇが流路断面積が最も大きく、か
つ経路の長さも最も短い構成となっているため、より多
くの冷却ガスが流れ、極中心付近のコイル温度を低く押
さえることができる。

【００６５】（第８の実施の形態）（請求項８対応）図９は本発明の第８の実施の形態によるコイルエンド部
の縦断面図を示している。

【００６６】この実施の形態の基本構成は図６に示した
請求項５に係る発明の実施の形態と同様である。この実
施の形態では、コイルエンドターン部１１の各コイル間
の空隙に積層コイルを上下に２分割するように塞ぎ板２
５を配設したものである。上下に分割したコイルエンド
部１１の上側にはセンタリングリング６の通風孔１９か
ら冷却ガス１０を導入する。コイルエンド部４内の通風
路には塞ぎ板２０に通風孔２６を設け、保持環５内から
冷却ガス１０を導入する。それぞれコイルエンドターン
部１１に導入された冷却ガス１０は、回転子軸方向に通
過して最内周コイル内側の鉄心極部２３に形成した排気
孔を通って回転子表面に排出される。

【００６７】本実施の形態の作用・効果は請求項５に係
る発明と同様であるが、コイルエンド部４の通風路を上
下に分割し、ガスの導入口をそれぞれに形成したことに
より、冷却ガス流入口の面積が大きくなり冷却風量を多
く確保することができる。

【００６８】図９に示した実施の形態では最外周側のコ
イルで冷却風路を上下２分割したが、コイル内周側のコ
イルから分割する構造とすれば、通風路の下流となる内
周側のコイルに温度の低い冷却ガスを供給することがで
きるため、コイルエンドターン部１１のコイル温度を低
く押さえ、またコイル間の温度分布を均一にすることが
できる。

【００６９】（第９の実施の形態）（請求項９対応）図１０は本発明の第９の実施の形態によるコイルエンド
部の縦断面図を示している。

【００７０】本実施の形態の作用・効果は請求項８に係
る発明と同様であるが、コイルエンド部４の通風路を上
下に複数に分割し、それぞれにガスの導入口をそれぞれ
に形成したことにより、冷却ガス流入口の面積が大きく
なり冷却風量を多く確保することができ、また、通風路
の下流となる内周側のコイルに温度の低い冷却ガスを供
給することができるため、コイルエンドターン部１１の
コイル温度を低く押さえ、またコイル間の温度のバラツ
キを小さくすることができる。

【００７１】（第１０の実施の形態）（請求項１０対
応）図１１は本発明の第１０の実施の形態によるコイルエン
ド部の縦断面図を、図１２はコイルエンド部の展開平面
図を示している。

【００７２】この実施の形態の基本構成は、請求項５に
係る発明による回転電機の回転子冷却装置と同様である
が、この実施の形態においては、塞ぎ板２０の最内周部
に通風孔２６を設け、冷却ガス１０を保持環５内のコイ
ル最内周部の空隙からエンドターン部１１へと導入し、
コイル内の通風孔と間隔片により形成された通風路をセ
ンタリングリング６方向に通風し、センタリングリング
６に形成した通風孔１９から回転子外部へ排出する構成
としたものである。

【００７３】本実施の形態では、冷却ガスの流れが保持
環５内からセンタリングリング６ヘと請求項５の場合と
逆向きとなるが、作用・効果は請求項５と同様である。

【００７４】（第１１の実施の形態）（請求項１１対
応）図１３は本発明の第１１の実施の形態によるコイルエン
ド部の展開平面図を示している。

【００７５】この実施の形態の基本構成は請求項１０に
係る発明と同様である。この実施の形態では、コイルエ
ンドターン部１１の通風路を、コイル最内周部から冷却
ガスを導入する経路９ｇと塞ぎ板２０の各コイル間の空
隙部分に通風孔２７を設けて保持環５内から冷却ガス１
０を導入する通風路９ｈとで構成したものである。

【００７６】本実施の形態の作用・効果は請求項１０と
同様であるが、コイルエンド部４の通風路を複数に分割
し、ガスの導入口をそれぞれに形成したことにより、冷
却ガス流入口の面積が大きくなり冷却風量を多く確保す
ることができ、コイルエンドターン部１１のコイル温度
を低く押さえ、またコイル間の温度分布を小さくするこ
とができる。

【００７７】（第１２の実施の形態）（請求項１２対
応）図１４は本発明の第１２の実施の形態によるコイルエン
ド部のコイル展開平面図を示している。

【００７８】この実施の形態の基本構成は請求項１１に
係る発明と同様である。この実施の形態では、コイルエ
ンドターン部の通風路９を、回転子回転方向Ｑとは逆方
向に斜めになるように構成したものである。

【００７９】保持環５の内側を流れる冷却ガスは、回転
子と塞ぎ板２０の表面摩擦により回転方向Ｑに周方向速
度成分を持って流れる。しかし、その周方向速度は回転
子の回転速度より遅いため回転子コイルとの相対速度は
回転方向とは逆向きとなる。この実施の形態では通風路
９を回転方向とは逆向きに斜めに構成したことにより、
通風孔からコイルエンドターン部１１に流入する冷却ガ
スの相対流入角度が小さくなるため通風孔に流入する入
口損失を低減することができる。その結果、冷却風量を
多く確保することができ、コイルエンドターン部１１の
コイル温度を低く押さえることが可能である。

【００８０】（第１３の実施の形態）（請求項１３対
応）図１５は本発明の第１３の実施の形態のコイルエンド部
の展開平面図を示している。

【００８１】この実施の形態の基本構成は請求項１１に
係る発明と同様である。この実施の形態では、コイルエ
ンドターン部１１の通風路を最外周コイル側の通風路９
ｈ最内周コイル側の通風路９ｇに分割し、最外周コイル
側の通風路は保持環５内から通風孔２６を通って導入し
た冷却ガスをセンタリングリング６に形成した通風孔１
９ｂから排出し、最内周コイル側の通風路はセンタリン
グリング６に形成した通風孔１９ａから導入した冷却ガ
スを鉄心極部２３に形成した排気孔から排出する構成と
したものである。

【００８２】本実施の形態の作用は、請求項１１に係る
発明と同様であるが、コイルエンドターン部１１の通風
路をさらに細分化したことにより各経路の流路長さを短
くすることができ、コイル温度を低減することができ
る。

【００８３】（第１４の実施の形態）（請求項１４対
応）図１６は本発明の第１４の実施の形態のコイルエンド部
の縦断面図を示している。

【００８４】この実施の形態の基本構成は請求項１０〜
１３に係る発明と同様である。この実施の形態では、請
求項１０〜１３の保持環５内から冷却ガスを導入する通
風路において、その通風路をそれぞれコイル積層方向に
複数段に分割するように塞ぎ板２５を配設し、それぞれ
に保持環５内から冷却ガスの導入口を設けて通風する構
成としたことを特徴とする。

【００８５】本実施の形態の作用は、請求項１０〜１３
と同様であり、さらに通風路を上下に複数に分割し、ガ
スの導入口をそれぞれに形成したことにより冷却風量を
多く確保でき、また、下流となるコイルに温度の低い冷
却ガスを供給することができるため、コイルエンドター
ン部１１のコイル温度を低くすることができる。

【００８６】（第１５の実施の形態）（請求項１５対
応）図１７は本発明の第１５の実施の形態によるコイルエン
ド部の展開平面図を示している。この実施の形態の基本
構成は請求項１〜１４に係る発明と同様であり、請求項
１〜１４に記載の回転電機の回転子冷却装置において、
センタリングリング６に設ける通風孔１９を斜めに形成
したものである。

【００８７】通風孔１９は、冷却ガスを取り入れる場合
は回転子回転方向Ｑに、排出する場合は逆方向に斜めに
開けたものである。図１７に示した実施の形態は、通風
孔１９から冷却ガスが流入する場合の実施の形態であ
り、通風孔１９は回転子の回転方向Ｑに斜めに開けられ
ている。

【００８８】本実施の形態の作用は、センタリングリン
グ６に形成した通風孔を、冷却ガスを取りいれる場合は
回転子回転方向Ｑに斜めに開けたことにより、通風孔に
冷却ガスが流入する時に生じる入口損失を低減すること
ができ、冷却風量が増加しコイルエンドターン部１１の
コイル温度を低くすることができる。同様に、通風孔か
ら排気する場合は、回転方向と逆方向に斜めに孔を設け
ることにより、通風孔から流出する時に生じる出口損失
を低減することができ、冷却風量が増加しコイルエンド
ターン部１１のコイル温度を低くすることができる。

【００８９】（第１６の実施の形態）（請求項１６対
応）図１８は本発明の第１６の実施の形態によるコイルエン
ド部の縦断面図を示している。

【００９０】この実施の形態の基本構成は請求項１５に
係る発明と同様であり、請求項１５に記載のセンタリン
グリング６から冷却ガスが流入する通風孔を持つ回転電
機の回転子冷却装置において、センタリングリング６の
外側に通風孔１２対向させて固定子６０に取り付けた静
翼２７を設けたものである。

【００９１】本実施の形態の作用は、センタリングリン
グ６に形成した通風孔１２に流入する冷却ガスの流速分
布を静翼２７によって整流することにより、効率よく通
風孔に取り込むことができ、コイルエンドターン部１１
を通過する冷却風量が増加しコイルエンドターン部１１
のコイル温度を低くすることができる。

【００９２】（第１７の実施の形態）（請求項１７対
応）図１９は本発明の第１７の実施の形態によるコイルエン
ド部の縦断面図を示している。

【００９３】この実施の形態の基本構成は請求項１〜９
と同様であり、請求項１〜９に記載の回転電機の回転子
冷却装置において、センタリングリング６に形成した通
風孔の代わりに最外周コイルとセンタリングリング６の
間の空隙部分の塞ぎ板２０に通風孔２６を設けて冷媒ガ
スを取り入れる構成としたものである。

【００９４】本実施の形態は、強度的な制限からセンタ
リングリング６に通風孔を設けることができない場合の
冷却ガスの取入れ方法に関するものであり、発明の作用
・効果は請求項１〜９に係る発明と同様である。

【００９５】（第１８の実施の形態）（請求項１８対
応）図２０は本発明の第１８の実施の形態によるコイルエン
ド部の縦断面図を、図２１はセンタリングリングを示し
ている。

【００９６】この実施の形態の基本構成は請求項１〜９
と同様であり、請求項１〜９に記載の回転電機の回転子
冷却装置において、最外周コイルとセンタリングリング
６の間の空隙部分の塞ぎ板２０に通風孔２６を設けて、
その隙間とセンタリングリング６に形成した切欠き２８
から冷媒ガスを取り入れることを特徴とする。

【００９７】本実施の形態は、強度的な制限からセンタ
リングリング６に十分な通風孔の流路面積が確保しにく
い場合に効果を発揮するものであり、請求項１〜９に係
る発明と同様の効果を奏することができる。

【００９８】

【発明の効果】本発明によれば、コイルエンド部のコイ
ル底部に塞ぎ板を配置して保持環内のコイルを密閉し、
センタリングリングを貫通して形成した通風孔から保持
環内に導入された冷却ガスを、コイルエンドターン部に
おいてコイル内の通風孔と間隔片により形成された通風
路により回転子軸方向に通過して各コイルに軸方向に形
成した通風孔に導入し、さらにコイル曲げ部、コイルエ
ンド直線部を通過して鉄心内部へと導き、鉄心端部に形
成した半径方向流路から回転子表面に排出するように冷
却風路を構成したことにより、各通風路の長さがほぼ一
定になるため、コイル間の温度分布を均一化することが
できる。また、従来の冷却方法と比較してコイル温度が
高くなる外周側のコイルの通風路が短くなるため、コイ
ルの長手方向の温度差が小さくなり、かつ最高温度を低
減することが可能である。

【００９９】要するに本発明によれば、回転子コイルの
コイルエンド部を効率的かつコイル間を均一に冷却し、
大きな界磁電流を許容し信頼性の高い回転電機の回転子
冷却装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による回転電機の回
転子冷却装置におけるコイルエンド部の縦断面図。

【図２】本発明の第１の実施の形態による回転電機の回
転子冷却装置におけるコイルエンド部の展開平面図。

【図３】本発明の第２の実施の形態による回転電機の回
転子冷却装置におけるコイルエンド部の展開平面図。

【図４】本発明の第３の実施の形態による回転電機の回
転子冷却装置におけるコイルエンド部の展開平面図。

【図５】本発明の第４の実施の形態による回転電機の回
転子冷却装置におけるコイルエンド部の展開平面図。

【図６】本発明の第５の実施の形態による回転電機の回
転子冷却装置におけるコイルエンド部の展開平面図。

【図７】本発明の第６の実施の形態による回転電機の回
転子冷却装置におけるライルエンド部の展開平面図。

【図８】本発明の第７の実施の形態による回転電機の回
転子冷却装置におけるコイルエンド部の展開平面図。

【図９】本発明の第８の実施の形態による回転電機の回
転子冷却装置におけるコイルエンド部の縦断面図。

【図１０】本発明の第９の実施の形態による回転電機の
回転子冷却装置におけるコイルエンド部の縦断面図。

【図１１】本発明の第１０の実施の形態による回転電機
の回転子冷却装置におけるコイルエンド部の縦断面図。

【図１２】本発明の第１０の実施の形態による回転電機
の回転子冷却装置におけるコイルエンド部の展開平面
図。

【図１３】本発明の第１１の実施の形態による回転電機
の回転子冷却装置におけるコイルエンド部の展開平面
図。

【図１４】本発明の第１２の実施の形態による回転電機
の回転子冷却装置におけるコイルエンド部の展開平面
図。

【図１５】本発明の第１３の実施の形態による回転電機
の回転子冷却装置におけるコイルエンド部の展開平面
図。

【図１６】本発明の第１４の実施の形態による回転電機
の回転子冷却装置におけるコイルエンド部の縦断面図。

【図１７】本発明の第１５の実施の形態による回転電機
の回転子冷却装置におけるコイルエンド部の展開平面
図。

【図１８】本発明の第１６の実施の形態による回転電機
の回転子冷却装置におけるコイルエンド部の縦断面図。

【図１９】本発明の第１７の実施の形態による回転電機
の回転子冷却装置におけるコイルエンド部の縦断面図。

【図２０】本発明の第１８の実施の形態による回転電機
の回転子冷却装置におけるコイルエンド部の縦断面図。

【図２１】本発明の第１８の実施の形態による回転電機
の回転子冷却装置におけるセンタリングリングの横断面
図。

【図２２】従来の回転電機の回転子冷却装置におけるコ
イルエンド部縦断面図。

【図２３】従来の回転電機の回転子冷却装置におけるコ
イルエンド部展開平面図。

【図２４】従来の回転電機の回転子におけるスロット断
面図。

【符号の説明】

１コイル２スロット３鉄心端面４コイルエンド部５保持環６センタリングリング７間隔片８回転子鉄心９通風孔９ａ〜９ｈ通風孔１０冷却ガス１１コイルエンドターン部１２通風孔１３通風孔１４コイル直線部１５極中心１９通風孔２０塞ぎ板２１コイル曲げ部２２間隔片２３鉄心極部２４排気孔２５塞ぎ板２６通風孔２７静翼２８切欠き

フロントページの続き (72)発明者生澤猛神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内Ｆターム(参考） 5H603 AA11 BB02 BB09 BB12 CA02 CA04 CB02 CB03 CB18 CC01 CD04 CD21 5H609 BB03 BB12 BB19 PP02 PP07 PP08 PP09 QQ03 QQ12 QQ13 QQ16 RR24 RR27 RR33 RR36 RR38 RR40 RR42 RR43 RR44 RR69 RR73

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状の回転子鉄心の外周部に所定の中心
角間隔で形成されたスロット内に多重環状に装着され個
々のコイルに長手方向に沿って冷却用の通風孔を形成し
た界磁コイルの、回転子鉄心から軸方向に露出するコイ
ルエンド部の外周側に配置されコイルエンド部を回転時
の遠心力に対し放射方向へ変位しないように支持する保
持環と、この保持環の自由端にこれを支持しコイルエン
ド部の軸方向端面部を覆うように配置されたセンタリン
グリングと、前記コイルエンド部の内径側に前記保持環
およびセンタリングリングと共に前記コイルエンド部を
収納した環状の密閉室を形成するように配置された塞ぎ
板と、前記コイルエンド部における各層間に配置された
間隔片とを備え、前記センタリングリングを貫通して形
成した通風孔から前記密閉室内に導入された冷却ガス
を、コイルエンドターン部において前記通風孔および間
隔片により形成された通風路により回転子軸方向に通過
して前記通風孔に導入し、さらにコイルエンド部のコイ
ル曲げ部およびコイルエンド直線部を通過して回転子鉄
心内部へと導き、回転子鉄心の端面部に形成した半径方
向流路から回転子表面に排出する冷却風路を構成したこ
とを特徴とする回転電機の回転子冷却装置。
【請求項２】請求項１に記載の回転電機の回転子冷却装
置において、塞ぎ板をコイルエンドターン部からコイル
曲げ部までの範囲にのみ配置し、コイル曲げ部の各コイ
ル間の空隙に間隔片を配置して保持環内のコイルエンド
ターン部のみを密閉し、コイルエンドターン部のコイル
軸方向に形成した通風孔とセンタリングリングに形成し
た通風孔とを個々に連通させ、前記保持環内を流れる冷
却ガスをコイル内に導入し前記センタリングリングから
各通風孔に導入された冷却ガスと合流させてコイル直線
部を冷却することを特徴とする回転電機の回転子冷却装
置。
【請求項３】請求項２に記載の回転電機の回転子冷却装
置において、センタリングリングから導入する冷却ガス
の通風孔と、コイル直線部から導入する冷却ガスの通風
孔とを独立した風路を形成したことを特徴とする回転電
機の回転子冷却装置。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の回転
電機の回転子冷却装置において、センタリングリングか
らコイル軸方向に形成した各通風孔に導入した冷却ガス
が、コイル曲げ部においては界磁コイル間の空隙を通過
し、コイル直線部で再びコイル軸方向に形成した通風孔
に流入するように冷却風路を構成したことを特徴とする
回転電機の回転子冷却装置。
【請求項５】請求項２に記載の回転電機の回転子冷却装
置において、センタリングリングから導入した冷却ガス
はコイル内の通風孔と間隔片により形成された通風路に
よりコイルエンドターン部を回転子軸方向に通過して最
内周コイル内側の鉄心極部に形成した排気溝を通って回
転子表面に排出し、コイル直線部にはコイル軸方向に形
成した通風孔に保持環内を流れる冷却ガスを導入するよ
うに構成したことを特徴とする回転電機の回転子冷却装
置。
【請求項６】請求項５に記載の回転電機の回転子冷却装
置において、コイルエンドターン部に複数本形成した通
風孔のうち各コイルのコイル曲げ部に沿う部分は他より
太い通風孔とし、他の部分の通風孔はコイル曲げ部に沿
った通風孔に合流するように構成したことを特徴とする
回転電機の回転子冷却装置。
【請求項７】請求項５に記載の回転電機の回転子冷却装
置において、コイルエンドターン部に複数本形成した通
風孔のうち各コイルの極中心部に沿って他より太い通風
孔を配設し、他の通風孔は極中心部に沿った通風孔に合
流するように構成したことを特徴とする回転電機の回転
子冷却装置。
【請求項８】請求項５に記載の回転電機の回転子冷却装
置において、塞ぎ板およびコイルエンドターン部に、コ
イルエンド部の各コイル間の空隙を上下に分割された通
風路を形成するように構成し、コイルエンド部の上側に
はセンタリングリングに形成した通風孔から冷却ガスを
導入し、下側のコイルエンド部には塞ぎ板に形成した通
風孔から冷却ガスを導入し、各冷却ガスはコイルエンド
ターン部を回転子軸方向に通過し最内周コイル内側の鉄
心極部に放射方向に形成した排気孔を通って回転子表面
に排出されることを特徴とする回転電機の回転子冷却装
置。
【請求項９】請求項８に記載の回転電機の回転子冷却装
置において、塞ぎ板に、コイルエンド部の個々のコイル
間に形成されている通風路に連通する冷却ガス導入口を
回転子軸の方向に分布して複数個形成したことを特徴と
する回転電機の回転子冷却装置。
【請求項１０】請求項５に記載の回転電機の回転子冷却
装置において、冷却ガスをコイルエンド部のコイル最内
周部の空隙から塞ぎ板に開けた通風孔を介してエンドタ
ーン部へと導入し、コイル内の通風孔と間隔片により形
成された通風路をセンタリングリング方向に通風し、セ
ンタリングリングに形成した通風孔から回転子外部へ排
気するように構成したことを特徴とする回転電機の回転
子冷却装置。
【請求項１１】請求項１０に記載の回転電機の回転子冷
却装置において、密閉室の冷却ガス導入口をコイル最内
周部と各コイル間の空隙に設け、冷却ガスをセンタリン
グリング方向に通風し、センタリングリングに形成した
通風孔から回転子外部へ排出するように構成したことを
特徴とする回転電機の回転子冷却装置。
【請求項１２】請求項１０または１１に記載の回転電機
の回転子冷却装置において、回転子コイルと間隔片とか
ら形成される通風路を回転子軸方向に対して回転子回転
方向とは逆方向に斜めに配設したことを特徴とする回転
電機の回転子冷却装置。
【請求項１３】請求項１０または１１に記載の回転電機
の回転子冷却装置において、コイルエンドターン部の通
風路を最外周コイル側と最内周コイル側とに分割し、セ
ンタリングリングの中心部に形成した通風孔から導入し
た冷却ガスを最外周コイル側の通風路を通流した冷却風
はセンタリングリングの外周側に形成した通風孔から排
出し、最内周コイル側の通風路を通流した冷却風は鉄心
極部に形成した排気孔から排出するように構成したこと
を特徴とする回転電機の回転子冷却装置。
【請求項１４】請求項１０ないし１３のいずれかに記載
の回転電機の回転子冷却装置において、コイルエンドタ
ーン部の通風路をそれぞれコイル積層方向に複数段に分
割し、各通風路に、前記塞ぎ板に形成した通風孔からの
冷却ガスを導入するガス導入口を設けたことを特徴とす
る回転電機の回転子冷却装置。
【請求項１５】請求項１ないし１４のいずれかに記載の
回転電機の回転子冷却装置において、センタリングリン
グに形成する通風孔を回転子軸に対して斜めにしたこと
を特徴とする回転電機の回転子冷却装置。
【請求項１６】請求項１５に記載の回転電機の回転子冷
却装置において、センタリングリングの通風孔に対向す
るように、センタリングリングの軸方向外側に、固定子
側に配置した冷却風導入用静翼を備えたことを特徴とす
る回転電機の回転子冷却装置。
【請求項１７】請求項１ないし９のいずれかに記載の回
転電機の回転子冷却装置において、最外周コイルの外側
で塞ぎ板とセンタリングリングとの間に、密閉室内に冷
却ガスを導入する隙間を形成したことを特徴とする回転
電機の回転子冷却装置。
【請求項１８】請求項１７に記載の回転電機の回転子冷
却装置において、センタリングリングに形成した切欠き
と、最外周コイルとセンタリングリングの間の隙間とか
ら密閉室内に冷却ガスを導入することを特徴とする回転
電機の回転子冷却装置。